熱動說

熱動說是一種解釋熱現象的學說，由倫福德伯爵於1798年引入，並由法國物理學家尼古拉·卡諾進一步發展。這一學說指出熱量與機械功在改變內能方面是等價的。這一學說的驗證與熱功當量的測定密切相關。

基本介紹

• 中文名：熱動說
• 外文名：Theory of heat

簡介

熱動說是一種解釋熱現象的學說，由倫福德伯爵於1798年引入，並由法國物理學家尼古拉·卡諾進一步發展。這一學說指出熱量與機械功在改變內能方面是等價的。這一學說的驗證與熱功當量的測定密切相關。而在接下來的整個19世紀，隨著魯道夫·克勞修斯於1850年提出熱力學第二定律，這一學說又進一步發展成為較為完備的熱力學理論。在1851年，在其著作《論熱的動力學理論》（On the Dynamical Theory of Heat）中，開爾文勳爵，基於當時詹姆斯·普雷斯科特·焦耳等人的實驗，如是概括了這一學說：“熱並非一種物質，而是一種運動現象，我們認為在機械功和熱量之間必存在著一如因與果一般的等量關係。”

隨後，“熱動說”這一名詞逐漸被新的“熱力學”這一名詞取代，如1876年，理察·西爾斯·麥卡洛在其熱力學專著中提及：“熱動說，又稱熱力學，是一將熱現象當作物質運動體現的科學分支”

這一學說在19世紀被引用來解釋與熱相關的大量概念、理論、定律、關係以及實驗現象等，比如測溫學、量熱學、燃燒、比熱、以及對氣體壓縮或膨脹時所釋放或吸收的熱量的討論等等。而這一方面最為有名的專著之一是英國物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋於1871年發表的《熱理論》（Theory of Heat），在這本書中他提出了著名的麥克斯韋妖。而在此之前，在德國物理學家和數學家魯道夫·克勞修斯於1850年發表的一篇著名論文中，熵這一概念開始被引入。

“熱動說”通常與解釋熱現象的另一種學說——熱質說——形成對比。依照熱質說觀點，熱是一種可以從物體表面流進或流出並可在組成物質的原子間找到的一種無質量的流體。

從現在的觀點來看，熱與機械功之間的等價關係並不意味著他們本質上完全等同。他們之間本質上的差異在光譜學上體現得尤為明顯。

熱量

熱量是指由於溫度差別而轉移的能量；也是指1公克的水在1大氣壓下溫度上升1攝氏度所產生的能量; 在溫度不同的物體之間，熱量總是由高溫物體向低溫物體傳遞；即使在等溫過程中，物體之間的溫度也不斷出現微小差別，通過熱量傳遞不斷達到新的平衡。

由於溫差的存在而導致的能量轉化過程中所轉化的能量；而該轉化過程稱為熱交換或熱傳遞；熱量的公制為焦耳。

熱量與熱能之間的關係就好比是做功與機械能之間的關係一樣。若兩區域之間尚未達至熱平衡，那么熱便在它們中間溫度高的地方向溫度低的另一方傳遞。任何物質都有一定數量的內能，這和組成物質的原子、分子的無序運動有關。當兩不同溫度的物質處於熱接觸時，它們便交換內能，直至雙方溫度一致，也就是達致熱平衡。這裡，所傳遞的能量數便等同於所交換的熱量數。許多人把熱量跟內能弄混，其實熱量指的是內能的變化、系統的做功。熱量描述能量的流動，而內能描述能量本身。充分了解熱量與內能的分別是明白熱力學第一定律的關鍵。

營養學中也有熱量的單位——卡路里（cal）及千卡（大卡，kcal）。一千卡路里等於一大卡。

熱質說

熱質說（Caloric theory）是種錯誤和受局限的科學理論，曾用來解釋熱的物理現象。此理論認為熱是一種稱為“熱質”（caloric）的物質，熱質是一種無質量的氣體，物體吸收熱質後溫度會升高，熱質會由溫度高的物體流到溫度低的物體，也可以穿過固體或液體的孔隙中。熱質說在拉瓦節1772年用實驗推翻燃素說後開始盛行，拉瓦節的《化學基礎》一書就把熱列在基本物質之中。

熱質說可以解釋一些熱的現象，不過無法解釋一些只要持續作功就可以持續產生熱的現象（如摩擦生熱）。19世紀中，熱質說被機械能守恆所取代；之後，熱質說仍然在許多科學文獻中出現，一直到19世紀末才消失。目前常用的熱量單位卡路里（Calorie）即起源自熱質（caloric）。