其中迈尔、焦耳、亥姆霍兹是主要贡献者。
迈尔是一位医生。在一次驶往印度尼西亚的航行中,迈尔作为随船医生,在给生病的船员放血时,得到了重要启示,发现静脉血不像生活在温带国家中的人那样颜色暗淡,而是像动脉血那样新鲜。
当地医生告诉他,这种现象在辽阔的热带地区是到处可见的。
他还听到海员们说,暴风雨时海水比较热。这些现象引起了迈尔的沉思。
他想到,食物中含有化学能,它像机械能一样可以转化为热。
在热带高温情况下,机体只需要吸收食物中较少的热量,所以机体中食物的燃烧过程减弱了,因此静脉血中留下了较多的氧。
他已认识到生物体内能量的输入和输出是平衡的。迈尔在1842年发表的题为《热的力学的几点说明》中,宣布了热和机械能的相当性和可转换性,他的推理如下:
“力是原因:因此,我们可以全面运用这样一条原则来看待它们,即‘因等于果’。设因c有果e,则c=e;反之,设e为另一果f之因,则有e=f等等,c=e=f=…=c在一串因果之中,某一项或某一项的某一部分绝不会化为乌有,这从方程式的性质就可明显看出。这是所有原因的第一个特性,我们称之为不灭性。”
接着迈尔用反证法,证明守恒性(不灭性):
“如果给定的原因c产生了等于其自身的结果e,则此行为必将停止;c变为e;若在产生e后,c仍保留全部或一部分,则必有进一步的结果,相当于留下的原因c的全部结果将>e,于是就将与前提c=e矛盾。”
“相应的,由于c变为e,e变为f等等,我们必须把这些不同的值看成是同一客体出现时所呈的不同形式。这种呈现不同形式的能力是所有原因的第二种基本特性。把这两种特性放在一起我们可以说,原因(在量上)是不灭的,而(在质上)是可转化的客体。”
迈尔便得出结论,“因此力(即能量)是不灭的、可转化的、不可秤量的客体。”
迈尔这种推论方法显然过于笼统,难以令人信服,但他关于能量转化与守恒的叙述,却是最早的完整表达。
迈尔在1845年发表了第二篇论文:《有机运动及其与新陈代谢的联系》,该文更系统地阐明能量的转化与守恒的思想。
他明确指出:“无不能生有,有不能变无”,“在死的和活的自然界中,这个力(按:即能量)永远处于循环转化的过程之中。任何地方,没有一个过程不是力的形式变化!”
因此他主张:“热是一种力,它可以转变为机械效应。”
迈尔的论文中还具体地论述了热和功的联系,推出了气体定压比热和定容比热之差Cp-Cv等于定压膨胀功R的关系式。
故此我们称R为迈尔公式。
接着迈尔又根据狄拉洛希和贝拉尔德以及杜隆气体比热的实验数据Cp=0.267卡/克·度、Cv=0.188卡/克·度计算出热功。
计算过程如下:
在定压下使1厘米3空气加热温升1度所需的热量为:Qp=mcpΔt=0.000347卡(取空气密度ρ=0.0013克/厘米3)。
......
未完待续
第076章预告上半圈、下半圈