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熱是什么？自古以來(lái)就有不同的看法。十六世紀(jì)以后，熱的本質(zhì)的問(wèn)題又引起了科學(xué)家和研究人員的注意。
“熱”是一種運(yùn)動(dòng)？？
培根從摩擦生熱等現(xiàn)象中得出“熱是一種膨脹的、被約束的而在其斗爭(zhēng)中作用于物體的較小粒子之上的運(yùn)動(dòng)”，這種看法影響了許多科學(xué)家。
波義耳看到鐵釘被捶擊后會(huì)生熱，想到鐵釘內(nèi)部產(chǎn)生了強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)，所以認(rèn)為熱是“物體各部分發(fā)生強(qiáng)烈而雜亂的運(yùn)動(dòng)”；笛卡爾把熱看作是物質(zhì)粒子的一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。胡克用顯微鏡觀察了火花，認(rèn)為熱“并不是什么其他的東西，而是一個(gè)物體的各個(gè)部分的非?；钴S和極其猛烈的運(yùn)動(dòng)?！迸ｎD也指出物體的粒子“因運(yùn)動(dòng)而發(fā)熱”。洛克甚至還認(rèn)識(shí)到“極度的冷是不可覺(jué)察的粒子的運(yùn)動(dòng)的停止”。
俄國(guó)學(xué)者羅蒙諾索夫在十八世紀(jì)四十年代提出了兩篇關(guān)于物理學(xué)的論文，第一篇是關(guān)于熱力學(xué)基礎(chǔ)的，題為《關(guān)于熱和冷的原因的思索》（1746）；第二篇是關(guān)于分子運(yùn)動(dòng)論的，題為《試論空氣的彈力》（1748）。在這兩篇論文中，羅蒙諾索夫提出了如下的見(jiàn)解：“熱的充分根源在于運(yùn)動(dòng)”，即熱是物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)著的是物體內(nèi)那些為肉眼所看不見(jiàn)的細(xì)小微粒；微粒本身是球狀的，因?yàn)橹挥羞@樣，固體變熱時(shí)才能保持它的外形；熱量從高溫物體傳給低溫物體的原因，是由于高溫物體中的微粒把運(yùn)動(dòng)傳給低溫物體中的微粒造成的，而且給出的運(yùn)動(dòng)的量與接受的運(yùn)動(dòng)量相等，一物體使另一物體變熱時(shí)，它自身便會(huì)變冷，這就肯定了運(yùn)動(dòng)守恒在熱現(xiàn)象中的正確性；氣體分子的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)一種“混亂交錯(cuò)”的狀態(tài)，是雜亂無(wú)規(guī)則的。
“熱”是一種物質(zhì)？？
但總的說(shuō)來(lái)，熱是運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)尚缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)根據(jù)，所以還不能形成為科學(xué)理論。隨著古希臘原子論思想的復(fù)興，熱是某種特殊的物質(zhì)實(shí)體的觀點(diǎn)也得到流傳。法國(guó)科學(xué)家和哲學(xué)家伽桑狄認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)著的原子是構(gòu)成萬(wàn)物的最原始的、不可再分的世界要素，同樣，熱和冷也都是由特殊的“熱原子”和“冷原子”引起的。它們非常細(xì)致，有球的形狀，非?；顫姡蚨軡B透到一切物體之中。這個(gè)觀念，把人們引向“熱質(zhì)說(shuō)”。
波義耳也動(dòng)搖于熱的運(yùn)動(dòng)說(shuō)和熱質(zhì)說(shuō)之間。在考察放在真空容器中的一塊熾熱的鐵可以使器壁感受到熱的現(xiàn)象時(shí)，他認(rèn)為這似乎只能用“熱”自己傳過(guò)來(lái)加以解釋。波爾哈夫認(rèn)為，熱的本源是鉆在物體細(xì)孔中的、具有高度可產(chǎn)塑性和貫穿性的物質(zhì)粒子，它們沒(méi)有重量，彼此間有排斥性，而且彌漫于全宇宙。1789年，拉瓦錫還將“熱質(zhì)”和“光”列入無(wú)機(jī)界二十三種“元素”之中。
布萊克是熱質(zhì)說(shuō)的一個(gè)重要倡導(dǎo)者。他雖然相信最終會(huì)發(fā)生現(xiàn)熱“將不是化學(xué)的，而是力學(xué)的”，但他又很難否定熱質(zhì)說(shuō)。他覺(jué)得熱是運(yùn)動(dòng)的學(xué)說(shuō)還有不少困難。例如，如果說(shuō)熱是物質(zhì)內(nèi)部粒子的運(yùn)動(dòng)，那么密度大的物質(zhì)由于其內(nèi)部粒子吸引力強(qiáng)而不易振動(dòng)，比熱就應(yīng)越大，但為何水銀的比熱反而比水的比熱小呢？對(duì)于“潛熱”，用粒子的機(jī)械運(yùn)動(dòng)更難作出解釋。所以布萊克宣稱他“不能形成這種內(nèi)部振動(dòng)的概念”，而采取了熱是某種特殊物質(zhì)的觀點(diǎn)。
熱質(zhì)說(shuō)簡(jiǎn)易地解釋了當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的大部分熱學(xué)現(xiàn)象：物體溫度的變化是吸收或放出熱質(zhì)引起的；熱傳導(dǎo)是熱質(zhì)的流動(dòng)，對(duì)流是載有熱質(zhì)的物體的流動(dòng)，輻射是熱質(zhì)的傳播；物體受熱膨脹是因?yàn)闊豳|(zhì)粒子間的相互排斥；物質(zhì)狀態(tài)變化時(shí)的“潛熱”是物持粒子與熱質(zhì)發(fā)生“準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)”的結(jié)果；摩擦或碰撞的生熱現(xiàn)象，是同上于“潛熱”被擠壓出來(lái)以及物質(zhì)的比熱變小的結(jié)果；等等。由于熱質(zhì)的物質(zhì)性，所以它也遵從物質(zhì)守恒定律，這是混合量熱法的理論根據(jù)。
在熱質(zhì)說(shuō)觀點(diǎn)的指導(dǎo)下，熱學(xué)研究所取得的主要進(jìn)展有：布萊克發(fā)現(xiàn)了比熱和“潛熱”；瓦特從理論上分析了舊蒸汽機(jī)的主要缺陷而引導(dǎo)他改進(jìn)了蒸汽機(jī)；傅立葉依據(jù)這一物理圖象建立了熱傳導(dǎo)理論；卡諾從熱質(zhì)傳遞的觀點(diǎn)出發(fā)于十九世紀(jì)初提出了消耗從熱源取得熱量而得到功的理論。
熱質(zhì)說(shuō)的成功，使人們相信它是一個(gè)正確的學(xué)說(shuō)，從而壓倒了熱是運(yùn)動(dòng)的看法而在十八世紀(jì)到十九世紀(jì)初居于統(tǒng)治地位。
“熱”還是一種運(yùn)動(dòng)？？
但是，到了十八世紀(jì)末，熱質(zhì)說(shuō)受到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。1798年，出生于美國(guó)，后來(lái)加入英國(guó)國(guó)籍的物理學(xué)家本杰明·湯普遜即倫福德伯爵向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)提出了一個(gè)報(bào)告，說(shuō)他在慕尼黑監(jiān)督炮筒鉆孔工作時(shí)，注意到炮筒溫度升高，鉆削下的金屬屑溫度更高的現(xiàn)象，他提出了大量的熱是從哪里來(lái)的這個(gè)問(wèn)題。他在盡量作到絕熱的條件下進(jìn)行了一系列鉆孔實(shí)驗(yàn)，比較了鉆孔前后金屬和碎屑的比熱，發(fā)現(xiàn)鉆磨不會(huì)改變金屬的比熱。他還用很鈍的鉆頭鉆炮筒，半小時(shí)后炮筒從60度F升溫到130度F，金屬碎屑只有五十多克，相當(dāng)于炮筒質(zhì)量的九百四十八分之一，這一小部分碎屑能夠放出這么大的“潛熱”嗎？他在筆記中寫道：“看來(lái)在這些實(shí)驗(yàn)中，由摩擦產(chǎn)生熱的源泉是不可窮盡的。不待說(shuō)，任何與外界隔絕的物體或物體系，能夠無(wú)限制地提供出來(lái)的東西，決不可能是具體的物質(zhì)實(shí)體；在我看來(lái)，在這些實(shí)驗(yàn)中被激發(fā)出來(lái)的熱，除了把它看作是‘運(yùn)動(dòng)’以外，似乎很難把它看作為其他任何東西?！?BR> 六年以后，熱質(zhì)論者還在辯解說(shuō)倫福德實(shí)驗(yàn)中的熱是從周圍的“熱質(zhì)海洋”中吸收來(lái)的。1799年，英國(guó)化學(xué)家戴維進(jìn)行了這樣的實(shí)驗(yàn)：在一個(gè)同周圍環(huán)境隔離開(kāi)來(lái)的真空容器里，利用鐘表機(jī)件使里面的29度F的兩塊冰互相摩擦而熔解為水。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，“熱質(zhì)海洋”被外面的冰壁隔絕，而摩擦的冰塊只能吸收“潛熱”熔解為水，是不可能擠出“潛熱”的；冰在熔解后又變成了比熱更大的水。因此，在這里，“熱質(zhì)守恒”的關(guān)系不再成立了。戴維由此斷言“熱質(zhì)是不存在的”。在對(duì)粒子振動(dòng)的思想猶豫了一段時(shí)間之后，1812年他終于明確提出：“熱現(xiàn)象的直接原因是運(yùn)動(dòng)，它的轉(zhuǎn)化定律和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化定律一樣，同樣是正確的?！?BR> 倫福德和戴維的實(shí)驗(yàn)都支持了熱是運(yùn)動(dòng)的看法，但這并沒(méi)有結(jié)束熱質(zhì)說(shuō)的歷史。只有托馬斯·楊在他1807年的那本書(shū)中對(duì)熱質(zhì)說(shuō)進(jìn)行了駁斥。但依然有很多其他人堅(jiān)持著熱持說(shuō)。直到1848年，W·湯姆遜還從熱質(zhì)說(shuō)的觀點(diǎn)對(duì)焦耳的研究結(jié)果提出過(guò)質(zhì)疑。
熱是什么？自古以來(lái)就有不同的看法。十六世紀(jì)以后，熱的本質(zhì)的問(wèn)題又引起了科學(xué)家和研究人員的注意。
“熱”是一種運(yùn)動(dòng)？？
培根從摩擦生熱等現(xiàn)象中得出“熱是一種膨脹的、被約束的而在其斗爭(zhēng)中作用于物體的較小粒子之上的運(yùn)動(dòng)”，這種看法影響了許多科學(xué)家。
波義耳看到鐵釘被捶擊后會(huì)生熱，想到鐵釘內(nèi)部產(chǎn)生了強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)，所以認(rèn)為熱是“物體各部分發(fā)生強(qiáng)烈而雜亂的運(yùn)動(dòng)”；笛卡爾把熱看作是物質(zhì)粒子的一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。胡克用顯微鏡觀察了火花，認(rèn)為熱“并不是什么其他的東西，而是一個(gè)物體的各個(gè)部分的非?；钴S和極其猛烈的運(yùn)動(dòng)?！迸ｎD也指出物體的粒子“因運(yùn)動(dòng)而發(fā)熱”。洛克甚至還認(rèn)識(shí)到“極度的冷是不可覺(jué)察的粒子的運(yùn)動(dòng)的停止”。
俄國(guó)學(xué)者羅蒙諾索夫在十八世紀(jì)四十年代提出了兩篇關(guān)于物理學(xué)的論文，第一篇是關(guān)于熱力學(xué)基礎(chǔ)的，題為《關(guān)于熱和冷的原因的思索》（1746）；第二篇是關(guān)于分子運(yùn)動(dòng)論的，題為《試論空氣的彈力》（1748）。在這兩篇論文中，羅蒙諾索夫提出了如下的見(jiàn)解：“熱的充分根源在于運(yùn)動(dòng)”，即熱是物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)著的是物體內(nèi)那些為肉眼所看不見(jiàn)的細(xì)小微粒；微粒本身是球狀的，因?yàn)橹挥羞@樣，固體變熱時(shí)才能保持它的外形；熱量從高溫物體傳給低溫物體的原因，是由于高溫物體中的微粒把運(yùn)動(dòng)傳給低溫物體中的微粒造成的，而且給出的運(yùn)動(dòng)的量與接受的運(yùn)動(dòng)量相等，一物體使另一物體變熱時(shí)，它自身便會(huì)變冷，這就肯定了運(yùn)動(dòng)守恒在熱現(xiàn)象中的正確性；氣體分子的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)一種“混亂交錯(cuò)”的狀態(tài)，是雜亂無(wú)規(guī)則的。
“熱”是一種物質(zhì)？？
但總的說(shuō)來(lái)，熱是運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)尚缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)根據(jù)，所以還不能形成為科學(xué)理論。隨著古希臘原子論思想的復(fù)興，熱是某種特殊的物質(zhì)實(shí)體的觀點(diǎn)也得到流傳。法國(guó)科學(xué)家和哲學(xué)家伽桑狄認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)著的原子是構(gòu)成萬(wàn)物的最原始的、不可再分的世界要素，同樣，熱和冷也都是由特殊的“熱原子”和“冷原子”引起的。它們非常細(xì)致，有球的形狀，非?；顫姡蚨軡B透到一切物體之中。這個(gè)觀念，把人們引向“熱質(zhì)說(shuō)”。
波義耳也動(dòng)搖于熱的運(yùn)動(dòng)說(shuō)和熱質(zhì)說(shuō)之間。在考察放在真空容器中的一塊熾熱的鐵可以使器壁感受到熱的現(xiàn)象時(shí)，他認(rèn)為這似乎只能用“熱”自己傳過(guò)來(lái)加以解釋。波爾哈夫認(rèn)為，熱的本源是鉆在物體細(xì)孔中的、具有高度可產(chǎn)塑性和貫穿性的物質(zhì)粒子，它們沒(méi)有重量，彼此間有排斥性，而且彌漫于全宇宙。1789年，拉瓦錫還將“熱質(zhì)”和“光”列入無(wú)機(jī)界二十三種“元素”之中。
布萊克是熱質(zhì)說(shuō)的一個(gè)重要倡導(dǎo)者。他雖然相信最終會(huì)發(fā)生現(xiàn)熱“將不是化學(xué)的，而是力學(xué)的”，但他又很難否定熱質(zhì)說(shuō)。他覺(jué)得熱是運(yùn)動(dòng)的學(xué)說(shuō)還有不少困難。例如，如果說(shuō)熱是物質(zhì)內(nèi)部粒子的運(yùn)動(dòng)，那么密度大的物質(zhì)由于其內(nèi)部粒子吸引力強(qiáng)而不易振動(dòng)，比熱就應(yīng)越大，但為何水銀的比熱反而比水的比熱小呢？對(duì)于“潛熱”，用粒子的機(jī)械運(yùn)動(dòng)更難作出解釋。所以布萊克宣稱他“不能形成這種內(nèi)部振動(dòng)的概念”，而采取了熱是某種特殊物質(zhì)的觀點(diǎn)。
熱質(zhì)說(shuō)簡(jiǎn)易地解釋了當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的大部分熱學(xué)現(xiàn)象：物體溫度的變化是吸收或放出熱質(zhì)引起的；熱傳導(dǎo)是熱質(zhì)的流動(dòng)，對(duì)流是載有熱質(zhì)的物體的流動(dòng)，輻射是熱質(zhì)的傳播；物體受熱膨脹是因?yàn)闊豳|(zhì)粒子間的相互排斥；物質(zhì)狀態(tài)變化時(shí)的“潛熱”是物持粒子與熱質(zhì)發(fā)生“準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)”的結(jié)果；摩擦或碰撞的生熱現(xiàn)象，是同上于“潛熱”被擠壓出來(lái)以及物質(zhì)的比熱變小的結(jié)果；等等。由于熱質(zhì)的物質(zhì)性，所以它也遵從物質(zhì)守恒定律，這是混合量熱法的理論根據(jù)。
在熱質(zhì)說(shuō)觀點(diǎn)的指導(dǎo)下，熱學(xué)研究所取得的主要進(jìn)展有：布萊克發(fā)現(xiàn)了比熱和“潛熱”；瓦特從理論上分析了舊蒸汽機(jī)的主要缺陷而引導(dǎo)他改進(jìn)了蒸汽機(jī)；傅立葉依據(jù)這一物理圖象建立了熱傳導(dǎo)理論；卡諾從熱質(zhì)傳遞的觀點(diǎn)出發(fā)于十九世紀(jì)初提出了消耗從熱源取得熱量而得到功的理論。
熱質(zhì)說(shuō)的成功，使人們相信它是一個(gè)正確的學(xué)說(shuō)，從而壓倒了熱是運(yùn)動(dòng)的看法而在十八世紀(jì)到十九世紀(jì)初居于統(tǒng)治地位。
“熱”還是一種運(yùn)動(dòng)？？
但是，到了十八世紀(jì)末，熱質(zhì)說(shuō)受到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。1798年，出生于美國(guó)，后來(lái)加入英國(guó)國(guó)籍的物理學(xué)家本杰明·湯普遜即倫福德伯爵向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)提出了一個(gè)報(bào)告，說(shuō)他在慕尼黑監(jiān)督炮筒鉆孔工作時(shí)，注意到炮筒溫度升高，鉆削下的金屬屑溫度更高的現(xiàn)象，他提出了大量的熱是從哪里來(lái)的這個(gè)問(wèn)題。他在盡量作到絕熱的條件下進(jìn)行了一系列鉆孔實(shí)驗(yàn)，比較了鉆孔前后金屬和碎屑的比熱，發(fā)現(xiàn)鉆磨不會(huì)改變金屬的比熱。他還用很鈍的鉆頭鉆炮筒，半小時(shí)后炮筒從60度F升溫到130度F，金屬碎屑只有五十多克，相當(dāng)于炮筒質(zhì)量的九百四十八分之一，這一小部分碎屑能夠放出這么大的“潛熱”嗎？他在筆記中寫道：“看來(lái)在這些實(shí)驗(yàn)中，由摩擦產(chǎn)生熱的源泉是不可窮盡的。不待說(shuō)，任何與外界隔絕的物體或物體系，能夠無(wú)限制地提供出來(lái)的東西，決不可能是具體的物質(zhì)實(shí)體；在我看來(lái)，在這些實(shí)驗(yàn)中被激發(fā)出來(lái)的熱，除了把它看作是‘運(yùn)動(dòng)’以外，似乎很難把它看作為其他任何東西?！?BR> 六年以后，熱質(zhì)論者還在辯解說(shuō)倫福德實(shí)驗(yàn)中的熱是從周圍的“熱質(zhì)海洋”中吸收來(lái)的。1799年，英國(guó)化學(xué)家戴維進(jìn)行了這樣的實(shí)驗(yàn)：在一個(gè)同周圍環(huán)境隔離開(kāi)來(lái)的真空容器里，利用鐘表機(jī)件使里面的29度F的兩塊冰互相摩擦而熔解為水。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，“熱質(zhì)海洋”被外面的冰壁隔絕，而摩擦的冰塊只能吸收“潛熱”熔解為水，是不可能擠出“潛熱”的；冰在熔解后又變成了比熱更大的水。因此，在這里，“熱質(zhì)守恒”的關(guān)系不再成立了。戴維由此斷言“熱質(zhì)是不存在的”。在對(duì)粒子振動(dòng)的思想猶豫了一段時(shí)間之后，1812年他終于明確提出：“熱現(xiàn)象的直接原因是運(yùn)動(dòng)，它的轉(zhuǎn)化定律和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化定律一樣，同樣是正確的?！?BR> 倫福德和戴維的實(shí)驗(yàn)都支持了熱是運(yùn)動(dòng)的看法，但這并沒(méi)有結(jié)束熱質(zhì)說(shuō)的歷史。只有托馬斯·楊在他1807年的那本書(shū)中對(duì)熱質(zhì)說(shuō)進(jìn)行了駁斥。但依然有很多其他人堅(jiān)持著熱持說(shuō)。直到1848年，W·湯姆遜還從熱質(zhì)說(shuō)的觀點(diǎn)對(duì)焦耳的研究結(jié)果提出過(guò)質(zhì)疑。