1840 年,年仅22 岁的焦耳发表了论文《论伏打电所产生的热》,提出了他经过多次实验发现的一条定律:当电流通过导体时,导体在一定时间内产生的热量同导体的电阻和电流强度平方的乘积成正比。
在这里,焦耳不仅指出了电能会转化为热能,而且以精确的数学公式表明了转换规律。
过了3 年,焦耳又发表了论文《论磁电的热量效应和热的机械值》,清楚地指出:“那里消耗了机械力,总能得到相当的热。
”焦耳以自己精确的实验为依据,说明“使一磅水增加1°F 的热量等于把770 磅[53]物体提高1英尺的机械功。
”焦耳的论文同样被当时的科学界权威们嗤之以鼻,不予理睬。
然而,焦耳是个勇往直前的年青人,他坚持做了大量的实验,以精确的数据有力地说明各种能量在转化时确实是守恒的。
这些精确的实验,是无法抹煞的!经过整整10 年的奋战,焦耳接二连三地发表了一系列论文,这才逐渐引起了各国科学界的重视。
与此同时,许多不同国籍的科学家各自独立地进行着这方面的研究:丹麦28 岁的科学家柯尔丁(1815—1888),通过对摩擦生热现象的研究,写成了关于能量守恒定律的论文,送给哥本哈根科学院。
1847 年,德国年仅26 岁的军医赫尔曼·赫尔姆霍茨(1821—1894)写了论文《论力的守恒》,阐述能量守恒的思想。
他的论文寄到《物理学和化学年鉴》杂志,同样被主编波根道夫所压制,没有发表。
后来,赫尔姆霍茨自费印刷了这篇论文。
1842 年,英国31 岁的律师格罗夫(1811—1896),也独立地提出了能量守恒定律。
..就这样,在一批年青的、各种职业的业余科学家们的努力之下,终于用排炮轰开了那些科学界“权威人士”的顽固脑壳,使他们不得不在事实面前,承认了能量守恒定律——自然界的又一重要定律。
恩格斯把能量守恒定律作为19 世纪的三大发现(能量守恒定律、细胞学说、达尔文进化论)之一,热烈地赞颂它:“第一是由热的机械当量的发现(罗伯特·迈尔、焦耳和柯尔丁)所导致的能量转化的证明。
自然界中所有无数起作用的原因,过去一直被看作一种神秘的不可解释的存在物,即所谓力——机械力、热、放射(光和辐射热)、电、磁、化学化合力和分解力,现在都已经证明是同一种能(即运动)的特殊形式,即存在方式;我们不仅可以证明,它在自然界中经常从一种形式转化到另一种形式,而且甚至可以在实验室中和工业中实现这种转化,使某一形式的一定量的能总是相当于另一形式的一定量的能。
..自然界中整个运动的统一,现在已经不再是哲学的论断,而是自然科学的事实了。
”[54]严峻的考验正当能量守恒定律被当作19 世纪的三大发现之一而载入史册不久,却发生了一场轩然大波,差一点把能量守恒定律整个儿推翻掉。
这得从法国物理学家贝克勒尔(1852—1908)实验室里发生的一件怪事说起。
1896 年的一天,贝克勒尔把一包包得好好的照相底片,放在抽屈里。
后来,他在冲洗底片时拿错了,竟把这包未用过的底片也拿去冲洗。
奇怪的是,一冲洗,底片上竟出现一把钥匙的影子!贝克勒尔百思而不得其解。
贝克勒尔细细回忆着,这几天什么时候用过钥匙?喔,想起来了:那天,他用钥匙锁好旁边的一个抽屉,就把钥匙顺手扔在桌子中间的抽屉中,这个抽屉放着一包没用过的底片,钥匙正好落在底片上面。
底片是用黑纸包得好好的,为什么会出现钥匙的影子呢?贝克勒尔顺着蛛丝马迹寻找,查明当时桌上只有一个装着黄色结晶体的瓶子。
贝克勒尔经过反复研究,这才终于揭开了谜底:原来,那瓶黄色的结晶体会不断射出一种看不见的射线,这种射线会透过木头、纸,使底片感光。
这种看不见的射线,叫做放射性射线。
在那黄色的结晶体里,含有一种放射性元素,叫做铀。
黄色的结晶体是硫酸双氧铀钾。
放射性射线不仅会使底片感光。
有一次,贝克勒尔要出去作关于放射性元素的演讲,顺手拿了一小瓶放射性元素插在裤袋里。
演讲结束以后,贝克勒尔感到皮肤很疼,一看,原来大腿上的皮肤被放射性射线严重地灼伤了。
放射性射线为什么那样厉害呢?显然,它具有一定的能量,所以才会使底片感光,才会灼伤皮肤。
贝克勒尔是巴黎索本大学的教授,他的发现引起了大学里一位年轻的波兰姑娘玛丽·斯可罗多夫斯卡娅(即居里夫人)的注意。
经过她与她的丈夫皮耶尔·居里的艰苦努力,于1898 年,在沥青铀矿中发现了两种新元素——镭和钋,能够发射出比铀更强的放射性射线。
镭的希腊文愿意,就是“射线”的意思。
这些放射性元素,不断放出大量的能量。
经过测定,人们惊异地发现:1克镭在一小时里,就能放出140 卡热量!更使人们惊叹不已的是:尽管时间一小时又一小时,一天又一天,一年又一年地过去,镭照样不断地每小时放出140 卡热。
人们经过推算,算出经过1560 年以后,镭放出的能量才会减少一半——1 克镭每小时放出70 卡热。
据计算,要是让1 克镭把所有的热量都放出来,竟有270 亿卡!这么多热量,足以使29 吨冰融化成水!1 克镭有多少呢?只有一片大拇指甲那么大!“唷,镭是永恒的能源!”有人这么说。
“哈,什么能量守恒?镭的发现,彻底推翻了能量守恒定律!”还有人这么说。