論摩擦激起的熱源[1](英語:An Experimental Enquiry Concerning the Source of the Heat which is Excited by Friction[2],也稱為倫福德的炮筒鏜孔摩擦生熱實驗[3])(1798),是由倫福德最早發表在《自然科學會報[4] 上的一篇論文,這篇論文向當時的熱質理論拋出了一個重大難題,並引發了19世紀的熱力學革命。

班傑明·湯姆生,亦被廣泛稱為倫福德伯爵

背景

熱質說是一種曾用來解釋熱的物理現象的理論。此理論認為熱是一種稱為「熱質」(caloric)的流體物質,熱質會由溫度高的物體流到溫度低的物體,也可以穿過固體或液體的孔隙中。

倫福德是熱質說的反對者,他在當時經過研究後認為,所有的氣體液體都是絕對不導熱的。由於他的觀點過於超前,不被當時的科學界認可,並遭到約翰·道爾頓[4]約翰·萊斯利[5]等人的批評。

由於倫福德受天主教的目的論論證[6]影響很深,他可能希望授予水某種特殊的導熱權[4]

儘管倫福德試圖將熱量與運動建立聯繫,不過沒有證據表明他研究過分子運動論或是活力理論。

在這篇論文中,倫福德承認他曾認為熱是運動過程的一部分[7]。這與弗蘭西斯·培根[8]羅伯特·波義耳[9]羅伯特·胡克[10]約翰·洛克[11]亨利·卡文迪什[12]過去的一些觀點不謀而合。

實驗

倫福德觀察了慕尼黑兵工廠加農炮鏜孔英語Boring (manufacturing)過程中摩擦生熱的一些過程後進行了這個實驗。他將一個加農炮筒浸入水中,並準備了一種特別鈍的鏜鑽機。在這種情況下他不斷的用鑽機摩擦炮筒,鑽出大量高熱量的碎屑,並發現大概兩個半小時後水沸騰[1][2]。但問題在於,通過比較炮筒的比熱容可以發現,這個過程中炮筒並沒有損失能將水加熱水平質量的物質來加熱水,這與熱質說的結論不符。

倫福德認為,看似無限的熱量生成與熱質理論不吻合。他認為在這個過程中唯一進行的操作只是運動和摩擦,因此他認為熱不可能是物質而有可能是運動。

倫福德甚至粗略估計出產生1開爾文的熱需要5.5焦耳的機械能,但他並未嘗試進一步量化所產生的熱量或測量熱量的機械當量[3]

影響

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焦耳測量熱功當量的儀器

大多數當時的科學家認為熱質說的確存在不完善之處,可以通過進一步完善該理論來適應該實驗的結果,這一派科學家包括威廉·亨利[13]托馬斯·湯普森英語Thomas Thomson (chemist)。此外,湯普森[14]永斯·貝采利烏斯安東尼·塞瑟英語Antoine César Becquerel發現了似乎也能由摩擦「無限產生」。在當時沒有一個科學家願意承認電不是一種流體。

最終,倫福德聲稱的「無限生成」的熱量被認為是該研究的魯莽外推查爾斯·海爾戴特英語Charles Haldat批評,倫福德的實驗可重複性英語reproducibility十分差[15],整個實驗看起來有一些偏見[4]

然而,倫福德的實驗給了焦耳靈感,1840年代焦耳再次精確的做了一次本實驗,這次他用上了測定熱量的儀器,最終在熱質說的基礎上建立了分子運動論這門科學。

參考文獻

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