「随笔」邓华乔 ‖ 从平民中走出的物理学家——焦耳
初中物理电学内容中有个重要的定律,电流的热效应,也被称为焦耳定律,它是著名的物理学家焦耳发现和提出的。课后和学生们一起了解物理学家焦耳的逐梦历程。
1. 酿酒厂里的“科学顽童”
1818年,詹姆斯.普雷斯科特.焦耳出生在英国曼彻斯特一个富裕的酿酒商家庭。他从小就对周围的一切充满好奇,好奇心驱使着他老想着去探索,去探秘。家族酒厂里的蒸汽机,齿轮和锅炉,都成了小焦耳的“玩具”。由于家庭比较富裕,焦耳的父亲为小焦耳聘请了当时最为知名的约翰.道尔顿(原子理论的提出者)作为他的家庭教师。这点燃了焦耳他对科学的热情。少年焦耳曾用酒厂设备偷偷的做实验,他尝试用电击晕池塘里的鱼。由此可见,焦耳小时候也是相当的顽皮。
2. 一杯热茶引发的伟大发现
1840年,22岁的焦耳正在自家实验室里捣鼓电路。他注意到,电流通过导线时候,导线会发热,甚至能让水升温,他突发奇想:“如果电流的热力可以量化的话,能否像烧煤一样用来煮茶呢?”
于是,他和朋友一起设计了一系列精巧的实验:将导线浸入煤油瓶中,通过测量油温的变化来计算热量,他最终提出了著名的焦耳定律。今天,我们能用电热水壶3分钟烧开一壶水,其实背后原理就是利用的焦耳定律,也就是里面蕴含了焦耳的探索和实践。
3. 40年较真——热与功的换算
焦耳最执着的课题其实是证明了“能量守恒”,当时的科学家们争论不休。热和机械功能否相互转化呢?为了找到答案,他设计了一个“笨方法”——用重物下落,带动桨轮搅拌水,通过水温上升推算机械功转化为能量的比例。后来,他继续多次改进实验装置,用鲸鱼油代替水减小摩擦。实验持续了40多年,他测量后的数据精度从4.3焦耳/卡提升到4.185焦耳/卡,为排除误差,他在瀑布旁测量水流冲击的热量。
读完焦耳的成长历程和对科学的探索过程,我们能体会,焦耳定律的发现也不是偶然的,其背后也蕴含着焦耳的汗水,努力的探索,默默的追求,孜孜不倦的实验和演算,可见每一位科学家的成功都非偶然,焦耳也不例外。
2025年11月27日
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