热是什么

人们早就注意到摩擦产生热量，但是什么是热量呢？为什么会产生热量？人们已经很长时间没有弄清楚这个问题了，历史上对这个问题也有过长时间的争论。

从史前时代到18世纪初，尽管人们对热现象的本质进行了许多探索，但由于知识和科学方法的不足，他们对热的本质的理解只是一些初步的想法。其中，代表了古希腊产生的两种不同观点。一个是大约公元前500年赫拉克利特(公元前540-480年)提出的，把火、土壤、气体和水作为自然的四个独立元素，说自然界中的所有物质都是由这四个元素组成的。这一观点类似于中国古代的五行学说。五行学说认为万物的本质是五种气:金、木、水、火和土。另一种是柏拉图根据摩擦和发热现象提出的，认为火是运动的一种形式。

在欧洲，文艺复兴后，人们对探索自然的热情复苏了。古希腊原子学家怀疑热是一种特殊且不易察觉的物质:当不同温度的物体接触时，温度往往是相同的。这种现象被解释为一种物质从高温物体流向低温物体。然而，英国人F·培根(1561 ~ 1626)、伽利略和波义耳认为热流体理论是不可信的，他们试图把热解释为被加热物体的粒子的机械振动。

然而，在整个17世纪和18世纪初，由于缺乏实验基础，热流体理论和热运动理论都没有牢固地建立起来。1741年，沃伦黑特改进了温度计，并设定了华氏温标来建立温度测量。1756年，英国布莱克(1728 ~ 1799)和他的学生欧文提出了比热和潜热的概念，奠定了量热法的基础。从那时起，热力学走上了实验科学的道路。当人们对混合在一起的不同温度的物体进行量热实验时，他们发现热量是守恒的。如果你想到那个时候被认可的质量守恒，你会自然地认为热是一种热物质，这使得热流体的观点占了上风。

自19世纪60年代以来，布莱克和其他人已经提出了热量理论。热量理论认为热量是一种特殊的物质，没有质量，可以流动。这叫做热质。它是不朽的，存在于所有物体中。热量和质量较大的物体温度较高，而热量和质量较小的物体温度较低。热量理论可以很好地解释传热、热膨胀和量热法的一些实验结果。因此，自19世纪80年代以来，热量理论在几乎整个欧洲占据了主导地位。热量理论对摩擦生热的解释是，摩擦不会改变热质量的总量，但是材料的比热容在摩擦过程中会降低，因此摩擦会提高物体的温度。正是这种解释给了对手一个机会。

1798年，英国学者拉姆福德(1753 ~ 1814)在从事枪支制造时，发现钻孔中的金属碎片温度极高。当水被用来冷却时，它甚至可以把水烧开。他怀疑金属废料的极高温度不是由比热容的降低引起的。拉姆福德在他的笔记中写道，摩擦产生的热量似乎来自无穷无尽的来源。为了用热量理论解释摩擦生热现象，钻取的金属钻屑的比热容必须有很大的变化。因此，他设计并进行了一系列实验，发现钻取的金属钻屑的比热容在摩擦过程中并没有降低。根据实验结果，拉姆福德断言热量理论是不可信的，热量应该被视为运动的一种形式。热量理论的主导地位开始动摇。

第二年，英国的大卫(1778 ~ 1829)做了更严格的实验。在零下摄氏度的露天环境中，在真空玻璃罩中，他在时钟装置的驱动下摩擦金属轮和金属板，导致金属板上的蜡熔化。在这个实验中，热量不能从周围的物体传递到蜡上。此外，rumford的实验证明，由于比热容的降低，金属不会释放热量，这只能归因于摩擦生热引起的蜡颗粒的加速运动。大卫的实验对热量理论造成了巨大的打击。

从那以后，科学家们进一步研究了热和功之间的关系。特别是，英国科学家焦耳自1840年以来已经花了将近40年的时间，并做了大量实验来定量研究热和功之间的关系，证明了做了多少机械功，就有多少机械能转化为热能。焦耳的工作表明热不是一种特殊的物质，它为能量守恒定律奠定了基础。

能量守恒定律的建立彻底否定了热量理论，为分子运动理论的发展开辟了道路。经过科学家的长期研究，热是一种运动形式的假设终于成为公认的真理。人们已经认识到宏观热现象最初是物体内部大量分子不规则运动的表现，物体内部的能量就是内能。热量不是指物质中包含的“热质量”，而是指在热传递过程中传递的能量。