《一口气解读“物理学的进化”》第五章——热?物质?

《一口气解读“物理学的进化”》第五章——热?物质?讲了这么久的经典力学 让我们一起来涉及一点量子力学的东西吧哔哔 进入量子力学 早在很久以前 温度 和 热 被混为一谈 或者说压根就没有 温度 的说法

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讲了这么久的经典力学,让我们一起来涉及一点量子力学的东西吧

《一口气解读“物理学的进化”》第五章——热?物质?

哔哔——进入量子力学——

早在很久以前,“温度”和“热”被混为一谈,或者说压根就没有“温度”的说法。当时伽利略(又是这个人)提出了一种类似于热平衡的说法:就是在一个与世隔绝的密闭空间内,放置两个热不相同的物体,到最后,你拿水银计挨个测量,会发现他们的热竟都相等。当然,放在今天,这段话中的“热”都要用“温度”才更加贴切。而温度计,护士们在使用中也是无意运用了这个物理原理。

而且,“热”“冷”本就是一个定性标准而非定量描述。比如你一开始把左右手分别放在热水和冷水中,过一会再都伸进同一温度的温水中,两只手的感觉是不一样的。

《一口气解读“物理学的进化”》第五章——热?物质?

测量体温所用温度计

回到第一段话,在用水银计测体温时,水银的热和人体的热真的一样吗?放在如今,是否定的。这是让我们学习一个新的物理名词:比热容。通俗来讲,就是一个一公斤的物体升高一摄氏度所需要的热,即物质的吸热能力。在通过大量的实验后,我们得出结论:

不同的物质有各自的比热容(可能相等)

我们知道,物质是实实在在的东西,如果一个东西有质量,基本上可以说它是一种物质。

但热显然不适合用质量来描述,难道两块同等质量的铁,把一块烧红后,回避另外一块轻?还是重?实验告诉我们,如果热是物质,那也是没有质量的那一种。但没有质量的物质,这种说法是不是太荒谬了?

于是有人提出了另外一种词语——热质,也是用来描述热这种“物质”的,但这还是把热放在了物质这一栏。

很快,线索又告诉我们——错了,伦福德给了“热质说”毁灭性的打击:

在实验中摩擦产生的热似乎是无穷无尽的,但任何绝缘的物体和其他的一系列物体能无限制的提供的东西绝不是物质。

科学的进程摧毁了将热视为物质的旧概念。我们试图创造一种新的物质——能量,而热是它的形式之一。

100年前,焦耳,一位啤酒商,通过实验说明了在物体运动中(比如“摩擦生热”),机械能(包括重力势能、弹性势能和动能)与热(内能)之间的转化率。他的原话是:

(此外,)通过机械力(能量)的转化来得到能够让1磅的水(在真空中称重,并在55℉和60℉之间取值)升高1℉的热量,是由772磅(约350千克)的物体下降1英尺所产生的。

接下来的发展就非常迅速了,人们意识到,机械能和热能(内能)不过是众多能量中的一种,这些能量都不是物质,也都没有质量。

后来有了能量守恒定律,我们可以为19世纪的物理学家庆祝他们的发现:宇宙的能量是固定的,不可以被创造或毁灭。

再到后来,有了质能方程E=mc²,人们才知道,有质量的物质和没有质量的能量,都是可以互相转化的。

在这里,小作者提一个问题:各位读者们认为,宇宙的开端是纯能量?纯物质?还是两者混合呢?发挥你们的想象吧!

小结:热不是一种物质,是一种能量;不同物质拥有不同的比热容;各个能量之间可以互相转化;能量和物质可以互相转化,是有联系的两个概念。

(大家可以多看看往期的文章,也都是长知识又有趣的干货哦)

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