開(kāi)爾文·熱

江玉安

小河與小鎮(zhèn)這兩個(gè)地方本來(lái)都很冷僻.但名字卻在1892年開(kāi)始大熱.“天下誰(shuí)人不識(shí)君”，開(kāi)爾文河變成了“熱河”.開(kāi)爾文鎮(zhèn)變成了名鎮(zhèn).我曾經(jīng)在河北承德的避暑山莊內(nèi)看過(guò)熱河.那是世界上最短的“河”（一小段溫泉），熱河后來(lái)成為中華民國(guó)的省級(jí)行政區(qū)——熱河省.

念過(guò)高中的同學(xué)都知道.開(kāi)爾文是七個(gè)基本物理量之一——溫度的單位.開(kāi)爾文和其他許多物理量單位，如牛頓、瓦特、焦耳、伏特一樣.是為了紀(jì)念和褒獎(jiǎng)科學(xué)家而命名的.開(kāi)爾文是為了紀(jì)念開(kāi)爾文勛爵——威廉.湯姆遜的.

威廉.湯姆遜的最大貢獻(xiàn)有兩條：一是在1848年創(chuàng)立熱力學(xué)溫標(biāo).規(guī)定熱力學(xué)絕對(duì)零度標(biāo)準(zhǔn)：二是在1865年對(duì)世界上第一條海底通信電纜——大西洋電纜的鋪設(shè)和運(yùn)行作出了貢獻(xiàn).1892年.英國(guó)維多利亞女王提封威廉.湯姆遜為格拉斯哥的開(kāi)爾文勛爵.1967年.第13屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過(guò)以“開(kāi)爾文”（符號(hào)K）作為熱力學(xué)溫度的單位的提議.“開(kāi)爾文”無(wú)可爭(zhēng)辯地成為“熱”（熱量）的代名詞.

熱？真熱，開(kāi)空調(diào)啊.有多熱??？熱死了.這是生活中常見(jiàn)的對(duì)話.但生活不是科學(xué).科學(xué)可不能憑感覺(jué).科學(xué)要測(cè)量.要標(biāo)準(zhǔn).

我們生活中最熟悉的有關(guān)熱的測(cè)量.就是用體溫計(jì)測(cè)量體溫.看看有沒(méi)有發(fā)燒，小小體溫計(jì)，內(nèi)涵可大了！首先，水銀是對(duì)溫度敏感的物質(zhì).熱脹冷縮明顯.雖然多數(shù)物質(zhì)有熱脹冷縮現(xiàn)象，但敏感且穩(wěn)定的不多.那么.要怎樣放大“熱脹冷縮”現(xiàn)象呢？用毛細(xì)管.這樣，很小的體積變化。就可以顯示很明顯的高度變化.其次.體溫計(jì)上有刻度.用來(lái)標(biāo)示測(cè)出的溫度.但問(wèn)題是，多大的溫差是l度呢？1742年。瑞典的天文學(xué)家攝爾修斯利用水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)這兩個(gè)固定溫度.將其區(qū)間分成100個(gè)單位.規(guī)定冰點(diǎn)為100度，沸點(diǎn)為0度.后來(lái).他的同胞.生物學(xué)家林奈把他的設(shè)定調(diào)了個(gè)頭.規(guī)定水的沸點(diǎn)為100度，冰點(diǎn)為0度.再后來(lái).有人用℃來(lái)表示度，這就是現(xiàn)在我們熟知的攝氏溫度.

不過(guò).最早確定兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溫度，即水的冰點(diǎn)和水的沸點(diǎn)的.不是攝爾修斯.而是丹麥天文學(xué)家羅默.那是1708年的事.

比攝氏溫度更早成熟的溫標(biāo)是華氏溫度——荷蘭華倫海特確定的溫度.華倫海特在1714年把一定濃度的氯化銨溶液凝固時(shí)的溫度規(guī)定為0°F.把純水凝固時(shí)的溫度定為32°F.把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水沸騰的溫度定為212°F°F代表華氏溫度.就像用℃代表攝氏溫度一樣.雖然華倫海特也選了水的冰點(diǎn)和水的沸點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn).但他規(guī)定的溫度與攝爾修斯不同.水的冰點(diǎn)與水的沸點(diǎn)的華氏溫度分別是32°F和212°F.華氏與攝氏兩種溫度的單位不等.在華氏溫度中.水的冰點(diǎn)與水的沸點(diǎn)的溫差是180°F：在攝氏溫度中，水的冰點(diǎn)與水的沸點(diǎn)的溫差是100℃.目前.世界上大多數(shù)國(guó)家使用的是攝氏溫度，但美國(guó)、緬甸等少數(shù)國(guó)家使用的是華氏溫度.此外.也有使用列氏溫度的.

溫度計(jì)只是測(cè)量溫度、熱度.但熱的本質(zhì)是什么.無(wú)論是華倫海特還是攝爾修斯.都無(wú)能為力.真正深刻認(rèn)識(shí)到熱的本質(zhì).并以此設(shè)計(jì)溫標(biāo).并被確認(rèn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的.還是開(kāi)爾文勛爵.即威廉.湯姆遜.

熱到底是什么呢？法國(guó)科學(xué)家兼工程師薩迪.卡諾認(rèn)為.熱像水一樣是游動(dòng)的，從“熱”流向“冷”.但熱的數(shù)量不會(huì)變化.這就是熱質(zhì)說(shuō).但倫福德伯爵和戴維的摩擦生熱實(shí)驗(yàn)都表明.熱是運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn).這就是熱動(dòng)說(shuō).英國(guó)曼徹斯特釀酒廠老板兼業(yè)余科學(xué)家詹姆斯.普雷斯科特.焦耳通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量.證明熱的運(yùn)動(dòng)理論（熱動(dòng)說(shuō)）是正確的.焦耳在1847年完成的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)中.先是測(cè)量一桶水的溫度.然后把帶翼的輪子放進(jìn)水中，再讓翼輪轉(zhuǎn)動(dòng)很長(zhǎng)時(shí)間.使水的溫度逐漸升高.焦耳測(cè)量了翼輪所做的功和水溫的升高.從而算出多少機(jī)械能產(chǎn)生了多少熱.如今.這個(gè)值被稱為熱功當(dāng)量.焦耳做了大量實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)豐富，精確度高.為了對(duì)他表示敬意.功或能量的單位稱為焦耳.焦耳的工作直接促成了人們對(duì)熱力學(xué)第一定律的認(rèn)可.熱力學(xué)第一定律也被稱為能量轉(zhuǎn)化與守恒定律.

威廉·湯姆遜很早就關(guān)注并從事熱的研究。當(dāng)他接受熱動(dòng)說(shuō)后.就開(kāi)始琢磨溫度的測(cè)量.湯姆遜最大的貢獻(xiàn)是提出了絕對(duì)零度的概念.他認(rèn)為.既然熱是運(yùn)動(dòng).那么當(dāng)所有運(yùn)動(dòng)都停止時(shí)，溫度自然應(yīng)該確定為零度.1967年.國(guó)際計(jì)量大會(huì)決議“熱力學(xué)溫度”T為第五個(gè)基本物理量.規(guī)定其單位為“開(kāi)爾文”.熱力學(xué)溫度r，與人們慣用的攝氏溫度￡的關(guān)系是T=t+273.15（因?yàn)樗谋c(diǎn)溫度近似等于273.15 K），并規(guī)定熱力學(xué)溫度的單位為開(kāi)爾文（K）.

開(kāi)爾文勛爵于1824年6月26日出生在英國(guó)北愛(ài)爾蘭的貝爾法斯特，6歲時(shí)母親去世.11歲時(shí)隨父親到蘇格蘭格拉斯哥大學(xué)讀書(shū).17歲時(shí)人讀劍橋大學(xué).22歲擔(dān)任格拉斯哥大學(xué)教授直至75歲退休.1890-1895年.開(kāi)爾文擔(dān)任英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng).1904年起擔(dān)任格拉斯哥大學(xué)校長(zhǎng)直至1907年逝世.開(kāi)爾文去世后安葬在威斯敏斯特大教堂.

開(kāi)爾文勛爵天資聰穎.自信滿滿.14歲時(shí)。他在格拉斯哥大學(xué)發(fā)表了第一篇論文.贏得神童美譽(yù).在劍橋大學(xué)畢業(yè)考試后.他堅(jiān)信自己能榮登榜首.于是派遣一名仆人去打聽(tīng)誰(shuí)是第一名，當(dāng)仆人告訴他“您是第二名”時(shí)，自負(fù)的湯姆遜大失所望.

責(zé)任編輯 彭德利