供應(yīng)德國(guó)進(jìn)口Effepizeta排風(fēng)機(jī)SCL K03-MS

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江蘇邱成機(jī)電有限公司
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但是歷史證明，這篇論文在熱力學(xué)的發(fā)展中占有重要地位，因?yàn)楹漳坊羝澘偨Y(jié)了許多人的工作，一舉把能量概念從機(jī)械運(yùn)動(dòng)推廣到了所有變化過(guò)程，并證明了普遍的能量守恒原理。這是一個(gè)十分有力的理論器，從而可以更深入地理解自然界的統(tǒng)一性。
赫姆霍茲在這篇論文一開頭就聲稱，他的“論文的主要內(nèi)容是面對(duì)物理學(xué)家，”他的目的是“建立基本原理，并由基本原理出發(fā)引出各種推論，再與物理學(xué)不同分支的各種經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行比較。”
在他的論述中有一明顯的趨向，就是企圖把一切自然過(guò)程都?xì)w結(jié)于中心力的作用。我們都知道，在只有中心力的作用下，能量守恒是正確的，但是這只是能量守恒原理的一個(gè)特例，把中心力看成是普遍能量守恒的條件就不正確了。
他的論文共分六節(jié)，前兩節(jié)主要是回顧力學(xué)的發(fā)展，強(qiáng)調(diào)了活力守恒（即動(dòng)能守恒），進(jìn)而分析了“力”的守恒原理（即機(jī)械能守恒原理）；第三節(jié)涉及守恒原理的各種應(yīng)用；第四節(jié)題為“熱的力當(dāng)量性，”他明確地摒棄了熱質(zhì)說(shuō)，把熱看成粒子（分子或原子）運(yùn)動(dòng)能量的一種形式。第五節(jié)“電過(guò)程的力相當(dāng)性”和第六節(jié)“磁和電磁現(xiàn)象的力相當(dāng)性”討論各種電磁現(xiàn)象和電化學(xué)過(guò)程，特別是電池中的熱現(xiàn)象對(duì)能量轉(zhuǎn)化關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)研究。文章最后提到能量概念也有可能應(yīng)用于有機(jī)體的生命過(guò)程，他的論點(diǎn)和邁爾接近。不過(guò)，看來(lái)他當(dāng)時(shí)并不知道邁爾的工作。
赫姆霍茲在結(jié)束語(yǔ)中寫道：“通過(guò)上面的敘述已經(jīng)證明了我們所討論的定律沒(méi)有和任何一個(gè)迄今所知的自然科學(xué)事實(shí)相矛盾，反而卻引人注目地為大多數(shù)事實(shí)所證實(shí)。……這定律的*驗(yàn)證，也許必須看成是物理學(xué)最近將來(lái)的主要課題之一。”
實(shí)際上，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這一定律的工作早在赫姆霍茲論文之前就已經(jīng)開始了。焦耳在這方面做出了巨大貢獻(xiàn)。
焦耳的實(shí)驗(yàn)研究
焦耳是英國(guó)著名實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。1818年他出生于英國(guó)曼徹斯特市近郊，是富有的釀酒廠主的兒子。他從小在家由家庭教師教授， 16歲起與其兄弟一起到著名化學(xué)家道爾頓（John Dalton，1766—1844）那里學(xué)習(xí)，這在焦耳的一生中起了關(guān)鍵的指導(dǎo)作用，使他對(duì)科學(xué)發(fā)生了濃厚的興趣，后來(lái)他就在家里做起了各種實(shí)驗(yàn)，成為一名業(yè)余科學(xué)家。
這時(shí)正值電磁力和電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)不久，電機(jī)——當(dāng)時(shí)叫（electric－magnetic engine）——剛剛出現(xiàn)， 人們還不大了解電磁現(xiàn)象的內(nèi)在規(guī)律，也缺乏對(duì)電路的深刻認(rèn)識(shí)，只是感到磁電機(jī)非常新奇，有可能代替蒸汽機(jī)成為效率更高、管理方便的新動(dòng)力，于是一股電氣熱潮席卷了歐洲，甚至波及美國(guó)。焦耳當(dāng)時(shí)剛20歲，正處于敏感的年齡，家中又有很好的實(shí)驗(yàn)條件（估計(jì)他父親廠里有蒸汽機(jī)），對(duì)革新動(dòng)力設(shè)備很感興趣，就投入到電氣熱潮之中，開始研究起磁電機(jī)來(lái)。
從1838年到1842年的幾年中，焦耳一共寫了八篇有關(guān)電機(jī)的通訊和論文，以及一篇關(guān)于電池、三篇關(guān)于電磁鐵的論文。他通過(guò)磁電機(jī)的各種試驗(yàn)注

意到電機(jī)和電路中的發(fā)熱現(xiàn)象，他認(rèn)為這和機(jī)件運(yùn)轉(zhuǎn)中的摩擦現(xiàn)象一樣，都是動(dòng)力損失的根源。于是他就開始進(jìn)行電流的熱效應(yīng)的研究。
1841年他在《哲學(xué)雜志》上發(fā)表文章《電的金屬導(dǎo)體產(chǎn)生的熱和電解時(shí)電池組中的熱》，敘述了他的實(shí)驗(yàn)：為了確定金屬導(dǎo)線的熱功率，讓導(dǎo)線穿過(guò)一根玻璃管，再將它密纏在管上，每圈之間留有空隙，線圈終端分開。然后將玻璃管放入盛水的容器中，通電后用溫度計(jì)測(cè)量水產(chǎn)生的溫度變化。實(shí)驗(yàn)時(shí)，他先用不同尺寸的導(dǎo)線，繼而又改變電流的強(qiáng)度，結(jié)果判定“在一定時(shí)間內(nèi)伏打電流通過(guò)金屬導(dǎo)體產(chǎn)生的熱與電流強(qiáng)度的平方及導(dǎo)體電阻的乘積成正比。”這就是著名的，又稱iR定律。
隨后，他又以電解質(zhì)做了大量實(shí)驗(yàn)，證明上述結(jié)論依然正確。
iR定律的發(fā)現(xiàn)使焦耳對(duì)電路中電流的作用有了明確的認(rèn)識(shí)。 他仿照動(dòng)物體中血液的循環(huán)，把電池比作心肺，把電流比作血液，指出：“電可以看成是攜帶、安排和轉(zhuǎn)變化學(xué)熱的一種重要媒介”，并且認(rèn)為，在電池中“燃燒”一定量的化學(xué)“燃料”，在電路中（包括電池本身）就會(huì)發(fā)出相應(yīng)大小的熱，和這些燃料在氧氣中點(diǎn)火直接燃燒所得應(yīng)是一樣多。請(qǐng)注意，這時(shí)焦耳已經(jīng)用上了“轉(zhuǎn)變化學(xué)熱”一詞，說(shuō)明他已建立了能量轉(zhuǎn)化的普遍概念，他對(duì)熱、化學(xué)作用和電的等價(jià)性已有了明確的認(rèn)識(shí)。
然而，這種等價(jià)性的最有力證據(jù)，莫過(guò)于熱功當(dāng)量的直接實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。正是由于探索磁電機(jī)中熱的損耗，促使焦耳進(jìn)行了大量的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)。1843年焦耳在《磁電的熱效應(yīng)和熱的機(jī)械值》一文中敘述了他的目的，寫道：
“我相信理所當(dāng)然的是：磁電機(jī)的電力與其它來(lái)源產(chǎn)生的電流一樣，在整個(gè)電路中具有同樣的熱性質(zhì)。當(dāng)然，如果我們認(rèn)為熱不是物質(zhì)，而是一種振動(dòng)狀態(tài)，就似乎沒(méi)有理由認(rèn)為它不能由一種簡(jiǎn)單的機(jī)械性質(zhì)的作用所引起，例如象線圈在

久磁鐵的兩極間旋轉(zhuǎn)的那種作用。與此同時(shí)，也必須承認(rèn)，迄今尚未有實(shí)驗(yàn)?zāi)軐?duì)這個(gè)非常有趣的問(wèn)題作出決，因?yàn)樗羞@些實(shí)驗(yàn)都只限于電路的局部，這就留下了疑問(wèn)，究竟熱是生成的，還是從感應(yīng)出磁電流的線圈里轉(zhuǎn)移出來(lái)的？如果熱是線圈里轉(zhuǎn)移出來(lái)的，線圈本身就要變冷。……所以，我決定致力于清除磁電熱的不確定性。”
焦耳把磁電機(jī)放在作為量熱器的水桶里，旋轉(zhuǎn)磁電機(jī)，并將線圈的電流引到電流計(jì)中進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)測(cè)量水桶的水溫變化。實(shí)驗(yàn)表明，磁電機(jī)線圈產(chǎn)生的熱也與電流的平方成正比。
焦耳又把磁電機(jī)作為負(fù)載接入電路，電路中另接一電池，以觀察磁電機(jī)內(nèi)部熱的生成，這時(shí)，磁電機(jī)仍放在作為量熱器的水桶里，焦耳繼續(xù)寫道：“我將輪子轉(zhuǎn)向一方，就可使磁電機(jī)與電流反向而接，轉(zhuǎn)向另一方，可以借磁電機(jī)增大電流。前一情況，儀器具有磁電機(jī)的所有特性，后一情況適得其反，它消耗了機(jī)械力。”
比較磁電機(jī)正反接入電路的實(shí)驗(yàn)，焦耳得出結(jié)論：“我們從磁電得到了一種媒介，用它可以憑借簡(jiǎn)單的機(jī)械方法，破壞熱或產(chǎn)生熱。”
至此，焦耳已經(jīng)從磁電機(jī)這個(gè)具體問(wèn)題的研究中領(lǐng)悟到了一個(gè)具有普遍意義的規(guī)律，這就是熱和機(jī)械功可以互相轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中一定有當(dāng)量關(guān)系。他寫道 ：
“在證明了熱可以用磁電機(jī)生成，用磁的感應(yīng)力可以隨意增減由于化學(xué)變化產(chǎn)生的熱之后，探求熱和得到的或失去的機(jī)械功之間是否存在一個(gè)恒定的比值，就成了十分有趣的課題。為此目的，只需要重復(fù)以前的一些實(shí)驗(yàn)并同時(shí)確定轉(zhuǎn)動(dòng)儀器所需的機(jī)械力。”
焦耳在磁電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)軸上繞兩條細(xì)線，相距約27.4米處置兩個(gè)定滑輪，跨過(guò)滑輪掛有砝碼，砝碼約幾磅重（1磅=0.45359千克），可隨意調(diào)整。線圈浸在量熱器的水中，從溫度計(jì)的讀數(shù)變化可算出熱量，從砝碼的重量及下落的距離可算出機(jī)械功。在 1843年的論文中，焦耳根據(jù)13組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取平均值得如下結(jié)果：
“能使1磅的水溫度升溫華氏一度的熱量等于（可轉(zhuǎn)化為）把838磅重物提升1英尺的機(jī)械功。”
838磅·英尺相當(dāng)于1135焦耳，這里得到的熱功當(dāng)量838磅·英尺/英熱單位等于4.511焦耳/卡（現(xiàn)代*值為4.187焦耳/卡）。

焦耳并沒(méi)有忘記測(cè)定熱功當(dāng)量的實(shí)際意義，就在這篇論文中他指出，最重要的實(shí)際意義有兩點(diǎn)：（1）可用于研究蒸汽機(jī)的出力；（2）可用于研究磁電機(jī)作為經(jīng)濟(jì)的動(dòng)力的可行性。可見，焦耳研究這個(gè)問(wèn)題始終沒(méi)有離開他原先的目標(biāo)。
焦耳還用多孔塞置于水的通道中，測(cè)量水通過(guò)多孔塞后的溫升，得到熱功當(dāng)量為770磅·英尺/英熱單位（4.145焦耳/卡）。這是焦耳得到的與現(xiàn)代熱功當(dāng)量值最的數(shù)值。
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器的水桶A中，如圖2-2。壓氣機(jī)把經(jīng)過(guò)干燥器G和蛇形管W的空氣壓縮到容器R中，然后測(cè)量空氣在壓縮后的溫升，從溫升可算出熱量。氣壓從一個(gè)大氣壓變?yōu)?2個(gè)大氣壓，壓縮過(guò)程視為絕熱過(guò)程，可計(jì)算壓氣機(jī)作的功。由此得到熱功當(dāng)量為823及795磅·英尺/英熱單位。然后，經(jīng)蛇形管釋放壓縮空氣，量熱器溫度下降，又可算出熱功當(dāng)量為820、 814、760磅· 英尺/英熱單位， 從空氣的壓縮和膨脹得到的平均值為798磅·英尺/英熱單位，相當(dāng)于4.312焦耳/卡。
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