热的本质是什么

关于热的本质的认识

人类在生活和生产中最早接触到的自然现象之一就是热现象。
热究竟是什么，
历史上对
此有过长期的争论。
从史前时期直到
18
世纪初，
虽然人们对热现象的本质进行过许多探索，
但由于掌握的知识不够丰富，方法不够科学，因而对热的本质认识只是一些设想。
18
世纪
初到
19
世纪中叶，蒸汽机的出现和广泛使用促进了工业迅速发展。人们为进一步提高热机
效率，
对物质的热性质作了深入研究，
从而推动了热学实验的发展，
从此对热现象的研究走
上了实验科学的道路。
为了定量地解释实验结果，
一些学者根据片面的实验事实认为，
热是
一种没有质量的流质，叫热质；
但热质说不能解释摩擦生热、
撞击生热等现象。另一些学者
认为热不是一种流质，而是物质运动的一种表现。
1842
年，德国医生
J
．
R
．迈尔的论文提
出能量守恒的学说，他认为热是一种能量，能够和机械能互相转换。后来
J
．
P
．焦耳前后
用了几十年的时间做了许多实验，
测定热功当量，
得到了完全一致的结果，
从而给能量守恒
和转化定律奠定了坚实基础。

1
、热质说和量热学的发展

古代原子论者相信热是一种物质的；近代伽桑狄（
Gassendi
Pierre
，
1592
～
1655
）也明
确提出了“热原子”和“冷原子”的概念，认为物体发热是因为“热原子”在起作用。伽桑
狄的理论虽然只是思辨性的，
但却受到后来物理学家的重视，
并由此发展出了热质说。
热质
说的观点认为，热是一种自相排斥的、无重量的流质，称作热质。它不生不灭，可透入一切
物体之中。一个物体是“热”还是“冷”
，由它所含热质的多少决定。较热的物体含有较多
的热质，
冷热不同的两个物体接触时，
热质便从较热的物体排入较冷的物体，
直到两者的温
度相同为止。

热质说确实可以解释当时碰到的大部分热学现象：
物体温度的变化可以看成是吸收或放
出热质造成的，
热传导是热质的流动，
物体受热膨胀是因为热质粒子相互排斥，
潜热是物质
粒子与热质粒子产生化学反应的结果。
由于热质是一种物质；
一个物体所减少的热质，
恰好
等于另一物体所增加的热质；
从而热质在传递过程中是守恒的；
即遵从物质守恒定律。
热质
说的这些优点，赢得了当时大多数学者的赞同。
1738
年，法国科学院曾悬赏关于热本性的
论文，
获奖的三个人都是热质说的拥护者。
可见在当时热质说已被很多人接受。
因为这种学
说，能比较直观地解释一些物理现象和实验结果，所以得到了广泛的承认。

热学是从对热现象的定量研究开始的。
定量研究的第一个标志是测量物体的温度。
早在
上一个世纪，
伽利略就已经造出了第一个温度计，
以后意大利齐曼托学社的成员们继续研究
温度计。
测温的基本依据是物质的热胀冷缩，
其次还要有一个约定的标度系统。
伽利略的温
度计利用的是空气的受热膨胀和遇冷收缩，
但没有固定的刻度。
齐曼托学社将一年中最冷和
最热的时候作为两个固定点，
制定了一个大致的计量系统。
他们发现，
冰的溶点是一个常数，
这启发后来的人们将此作为固定点。惠更斯在
1665
年已提出以化冰或沸水的温度作为计量
温度的参考点。

热的本质是微观物质的运动。
热能是指微观物质热运动所具有的能量。
温度的本质是微观物质的运动速度。微观物质的运动速度越快，温度越高。
热运动
热运动是指微观物质的运动。热运动的形式分为流动、振动和自旋。
1.分子热运动的形式是振动。
气体分子热运动。在常温常压下，空气分子的平均速度是500米/秒，在1秒钟内，每个气体分子相互相撞500亿次。例如：茉莉花一旦开了花，全家甚至邻居都可以闻到扑鼻香气。鱼、肉腐烂会弄得周围臭气熏天。
液体分子热运动。例如：在一杯清水里滴入1滴墨水，墨水就会慢慢散开，和水完全混合。这表明一种液体的分子进入到另一种液体里去了，或者说液体分子在不停地运动。用一杯热水和一杯冷水，向每个杯里滴进1滴红墨水，发现热水杯里的红墨水比冷水杯里的扩散得快些。这说明：温度越高，分子的运动速度越大。
1827年，英国的布朗把藤黄粉放入水中，然后取出1滴悬浮液放在显微镜下观察发现：藤黄小颗粒在水中不停运动，而且每个颗粒的运动方向和速度大小都改变得很快，好像在跳一种乱七八糟的舞蹈。
固体分子热运动。例如：把表面非常光滑洁净的铅板压在金板上，几个月以后就可以发现，铅分子跑到了金板里，金分子也跑到了铅板里，有些地方甚至进入1毫米深处。如果放置5年，金板和铅板就会连在一起，它们的分子互相进入大约1厘米。
2.原子热运动的形式是自旋。原子自旋速度越快，其漩涡半径越大，体积越大。
3.电子热运动的形式是饶核旋转。原子核自旋与电子饶核旋转互为因果关系。
饶核旋转的电子与光子碰撞，产生光线。电子饶核旋转的速度越快，光子的频率越高。
4.等离子热运动。当原子的温度达到一定时，电子与原子核分离，成为等离子。
例如：太阳风以200～800千米/秒的速度流动。