成为科普作家尝试6

          OMG！我已经写了六篇科普文了。上次讲了热力学第零定律。今天就讲一下热力学第一定律诞生。

          热力学第一定律描述的是一种关系。一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。这个定律的提出与焦耳的实验有着密切的联系。焦耳做了什么实验呢？在焦耳的许多实验中，有两个最具有代表性。一个是让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。用绝热性能良好的材料制造容器，容器中安装着叶片组成的搅拌器。重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升。

        在这个过程中，系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。焦耳的多次实验测量表明，尽管各次悬挂重物的重量不同，下落的高度也不一样，但只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。

        焦耳的另一个有代表性的实验，是通过电流的热效应给水加热。正在降落的的重物使发电机发电，电流通过浸在液体中的电阻丝，使液体温度上升。

        多次实验结果表明，对同一个系统，如果过程是绝热的，那么不管通过电阻丝的电流或大或小、通电时间或长或短，只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态变化相同。

        焦耳的这些实验表明，在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状态1变为状态2，所需外界做功的数量是相同的。也就是说，要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定，而与做功的方式无关。

        既然做功能使系统的状态发生变化，那么表明系统的热学性质的物理量温度也能改变系统的状态。两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，我们说，热量从高温物体传到了低温物体。

        不仅对系统做功可以改变系统的热力学状态，单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态。所以，热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，内能的增量就等于外界向系统传递的热量。

        向做功一样，热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意义。所以不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量。

        说到了热，那么热的本质是什么？对于“热是什么”历史上有两种不同的观点。在此我只介绍一下我们现今认为正确的观点。那就是热的运动说（热动说）。历史上的伟大科学家如牛顿、笛卡尔、胡克等人根据摩擦生热等现象，认为热是粒子运动的表现，物体由于粒子的剧烈运动而发热，但在他们的时代，这种观点缺乏足够的实验证据。到了19世纪40年代，焦耳以定量的实验完美的支持了热动说。

      无戒21天写作训练营日更第七天。