焦耳

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焦耳（简称焦）是国际单位制中能量、功或热量的导出单位，符号为J。在经典力学里，1焦耳等于施加1牛顿作用力经过1米距离所需的能量（或做的机械功）。在电磁学里，1焦耳等于将1安培电流通过1欧姆电阻1秒时间所需的能量。焦耳是因纪念物理学家詹姆斯·焦耳而命名。

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焦耳的主要贡献

焦耳的主要贡献是他研究了热和机械功之间的当量关系。焦耳最初的研究方向是电磁机，他想将父亲的酿酒厂中应用的蒸汽机替换成电磁机以提高工作效率。

1837年，焦耳制成了用电池驱动的电磁机，但由于支持电磁机工作的电流来自锌电池，而锌的价格昂贵，用电磁机反而比用蒸汽机成本高。焦耳虽然没有达到最初的目的，但他从实验中发现了电流可以做功的现象。

为进一步探索电流热效应的规律，焦耳把环形线圈放入装水的试管内，测量不同电流强度和电阻时的水温。通过这一实验，他发现导体在一定时间内放出的热量与导体的电阻及电流强度的平方之积成正比。此后不久，俄国物理学家楞次公布了他的大量实验结果，进一步验证了焦耳关于电流热效应结论的正确性。因此，该定律被称为焦耳—楞次定律。

在完成电流热效应的研究之后，焦耳又进行了功与热量的转化实验。焦耳认为，自然界的能量是不能消灭的，消耗了机械能，总能得到相应的热能。因此，做功和传递热量之间一定存在着确定的数量关系，即热功当量。

1843年，焦耳又设计了一个新实验想找到这一关系。他将一个小线圈绕在铁芯上，用电流计测量感生电流，把线圈放在装水的容器中，测量水温以计算热量。这样在没有外界电源供电的情况下，水温的升高只是机械能转化为电能、电能又转化为热的结果。

这个实验使焦耳想到了机械功与热的联系，经过反复的实验、测量，焦耳测出了热功当量，即1千卡的热量相当于460千克米的功。然而，此结果并不精确，焦耳又进行了更精确的实验。

1847年，焦耳设计了更巧妙的实验，他在量热器里装了水，中间安上带有叶片的转轴，然后让下降重物带动叶片旋转，由于叶片和水的摩擦，水和量热器都变热了。根据重物下落的高度，可以算出转化的机械功；根据量热器内水升高的温度，就可以计算水的内能的升高值。把两数进行比较就可以求出热功当量的准确值来。

随后，焦耳还用鲸鱼油或水银代替水来做实验，他用各种方法进行了四百多次实验经过更精确地测量，得到的热功当量值为1卡=4.15焦耳，非常接近目前采用的1卡=4.184焦耳。在当时的条件下，能做出这样精确的实验来，是非常不容易的。焦耳准确地测定了热功当量，进一步证明了能的转化和守恒定律是客观真理。这一定律的确定，宣告了制造“永动机”的幻想彻底破灭

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