焦耳的研究成果

1. 詹姆斯焦耳的科研成果有哪些

詹姆斯?焦耳(1818～1889)，英國實驗物理學家。焦耳是位業余科學家，由於受到著名化學家道爾頓的引導，對實驗產生了興趣，為他的業余研究打下了良好的基礎。

焦耳為了測定熱功當量的值，反復進行實驗，從1840年開始到1878年為止，前後大約用了40年的時間，做了400多次實驗，用了多種方法，包括槳翼攪拌法、多孔塞法、壓氣機法、電熱法等，實驗結果越來越精確，無可辯駁地證明了能量守恆與轉化定律。

1847年4月，焦耳在作《關於物質、活力和熱》的講演時，對他的實驗結果作了通俗的解釋：「經驗已經證明，無論在哪裡活力在表觀上消失了，那麼總會產生一種與之等當量的力，這種與活力等當量的力就是熱。把活力變為熱的最通常的辦法就是摩擦。」1849年6月21日，他在皇家學會宣讀論文《論熱的機械當量》，並介紹了實驗裝置，宣布了實驗結果：要使一磅水(在真空中測量溫度在55～60℃之間)升高1華氏度的熱量，需要花費772磅重物下降1英尺所做的功(此數值為424.3千克米/千卡)，實驗結果處理得相當嚴密，在計算中甚至考慮到將重量還原為真空中的值，這個實驗結果同30年後(1879年)由美國物理學家羅蘭的測量結果相比，誤差僅為1/400。由此看出焦耳實驗的精確性，但他繼續測量一直到1878年，最後的測量值為423.85千克米/千卡。

在1850年發表的《熱的功當量》實驗報告中，焦耳詳細地介紹了實驗裝置、實驗過程和實驗結果。同年他當選為皇家學會會員，成果得到科學界的認同。焦耳的工作為熱力學第一定律的建立奠定了基礎，由此能量守恆和轉化定律應運而生。

2. 焦耳的成長經歷及成就有哪些

在1818年，焦耳生於英國的蘭格良爾。他的父親是一位富有的啤酒商。

在幼年時，焦耳的身體便不好，因此他一直在家學習，沒有取得高等學位。因為家境很好，所以在小時候，父親就為他置辦了他喜愛的實驗器具。焦耳對實驗十分熱愛，特別是喜歡極其精確的測量工作。

1833年後，焦耳接替父親管理啤酒廠，成為一名企業家。他在繁忙的工作之餘，把全部精力放在了實驗研究上。

1840年，焦耳發現電流具有熱效應，電和熱相互轉化的焦耳定律提出：導體在單位時間內放出的熱量與電路的電阻成正比，與電流強度的平方成正比。

1843年，焦耳測定了1000卡的熱當量為460千克重米。

3. 焦耳的成就

【焦耳生平】

英國著名物理學家，十八世紀，人們對熱的本質的研究走上了一條彎路，「熱質說」在物理學史上統治了一百多年。雖然曾有一些科學家對這種錯誤理論產生過懷疑，但人們一直沒有辦法解決熱和功的關系的問題，是英國自學成才的物理學家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳(JamesPrescottJoule)為最終解決這一問題指出了道路。

焦耳活到了七十一歲。1889年10月11日，焦耳在索福特逝世。後人為了紀念焦耳，把功和能的單位定為焦耳。

在去世前兩年，焦耳對他的弟弟的說，「我一生只做了兩三件事，沒有什麼值得炫耀的。」相信對於大多數物理學家，他們只要能夠做到這些小事中的一件也就會很滿意了。焦耳的謙虛是非常真誠的。很可能，如果他知道了在威斯敏斯特教堂為他建造了紀念碑，並以他的名字命名能量單位，他將會感到驚奇的，雖然後人決不會感到驚奇。

【焦耳定律】

載流導體中產生的熱量Q（稱為焦耳熱）與電流I的平方、導體的電阻R、通電時間t成正比

焦耳定律可以用下面的公式表示：

4. 焦耳的主要貢獻是什麼

焦耳

焦耳（James Prescort Joule,1818～1889）英國傑出的物理學家。1818年12月24日生於曼徹斯特附近的索爾福德。父親是個富有的啤酒廠廠主。焦耳從小就跟父親參加釀酒勞動，學習釀酒技術，沒上過正規學校。16歲時和兄弟一起在著名化學家道爾頓門下學習，然而由於老師有病，學習時間並不長，但是道爾頓對他的影響極大，使他對科學研究產生了強烈的興趣。1838年他拿出一間住房開始了自己的實驗研究。他經常利用釀酒後的業余時間，親手設計製作實驗儀器，進行實驗。焦耳一生都在從事實驗研究工作，在電磁學、熱學、氣體分子動理論等方面均作出了卓越的貢獻。他是靠自學成為物理學家的。

焦耳是從磁效應和電動機效率的測定開始實驗研究的。他曾以為電磁鐵將會成為機械功的無窮無盡的源泉，很快他發現蒸汽機的效率要比剛發明不久的電動機效率高得多。正是這些實驗探索導致了他對熱功轉換的定量研究。

從1840年起，焦耳開始研究電流的熱效應，寫成了《論伏打電所生的熱》、《電解時在金屬導體和電池組中放出的熱》等論文，指出：導體中一定時間內所生成的熱量與導體的電流的二次方和電阻之積成正比。此後不久的1842年，俄國著名物理學家楞次也獨立地發現了同樣的規律，所以被稱為焦耳－楞次定律。這一發現為揭示電能、化學能、熱能的等價性打下了基礎，敲開了通向能量守恆定律的大門。焦耳也注意探討各種生熱的自然「力」之間存在的定量關系。他做了許多實驗。例如，他把帶鐵芯的線圈放入封閉的水容器中，將線圈與靈敏電流計相連，線圈可在強電磁鐵的磁場間旋轉。電磁鐵由蓄電池供電。實驗時電磁鐵交替通斷電流各15分鍾，線圈轉速達每分鍾600次。這樣，就可將摩擦生熱與電流生熱兩種情況進行比較，焦耳由此證明熱量與電流二次方成正比，他還用手搖、砝碼下落等共13種方法進行實驗，最後得出：「使1磅水升高1°F的熱量，等於且可能轉化為把838磅重物舉高1英尺的機械力（功）」（合460千克重米每千卡）。總結這些結果，他寫出《論磁電的熱效應及熱的機械值》論文，並在1843年8月21日英國科學協會數理組會議上宣讀。他強調了自然界的能是等量轉換、不會消滅的，哪裡消耗了機械能或電磁能，總在某些地方能得到相當的熱。這對於熱的動力說是極好的證明與支持。因此引起轟動和熱烈的爭議。

為了進一步說服那些受熱質說影響的科學家，他表示：「我打算利用更有效和更精確的裝置重做這些實驗。」以後他改變測量方法，例如，將壓縮一定量空氣所需的功與壓縮產生的熱量作比較確定熱功當量；利用水通過細管運動放出的熱量來確定熱功當量；其中特別著名的也是今天仍可認為是最准確的槳葉輪實驗。通過下降重物帶動量熱器中的葉片旋轉，葉片與水的摩擦所生的熱量由水的溫升可准確測出。他還用其他液體（如鯨油、水銀）代替水。不同的方法和材料得出的熱功當量都是423.9千克重·米每千卡或趨近於423.85千克重·米每千卡。

在1840～1879年焦耳用了近40年的時間，不懈地鑽研和測定了熱功當量。他先後用不同的方法做了400多次實驗，得出結論：熱功當量是一個普適常量，與做功方式無關。他自己1878年與1849年的測驗結果相同。後來公認值是427千克重·米每千卡。這說明了焦耳不愧為真正的實驗大師。他的這一實驗常數，為能量守恆與轉換定律提供了無可置疑的證據。

1847年，當29歲的焦耳在牛津召開的英國科學協會會議上再次報告他的成果時，本來想聽完後起來反駁的開爾文勛爵竟然也被焦耳完全說服了，後來兩人合作得很好，共同進行了多孔塞實驗（1852），發現氣體經多孔塞膨脹後溫度下降，稱為焦耳－湯姆孫效應，這個效應在低溫技術和氣體液化方面有廣泛的應用。焦耳的這些實驗結果，在1850年總結在他出版的《論熱功當量》的重要著作中。他的實驗，經多人從不同角度不同方法重復得出的結論是相同的。1850年焦耳被選為英國皇家學會會員。此後他仍不斷改進自己的實驗。恩格斯把「由熱的機械當量的發現（邁爾、焦耳和柯爾丁）所導致的能量轉化的證明」列為19世紀下半葉自然科學三大發現的第一項。

5. 焦耳有哪些成就

能量守恆和轉換定律的發現者之一英國物理學家焦耳，1818年12月24日出生於英國曼徹斯特，父親是一個釀酒廠主。他從小就跟著爸爸釀酒，沒有接受過正規的教育。但是他從小勤奮好學，經常一邊勞動一邊識字，靠著自學而成為了物理學家。青年時，經別人介紹認識了著名化學家道爾頓，並在他的指導下學習了數學、哲學和化學，這些知識的學習為焦耳後來的研究奠定了基礎。

焦耳最初的研究方向是電磁機。因常在父親的釀酒廠工作，看到蒸汽機的效率太低，於是他就想將父親釀酒廠中應用的蒸汽機替換成電磁機以提高工作效率。1837年，焦耳裝成了用電池驅動的電磁機，但由於支持電磁機工作的電流來自鋅電池，而鋅的價格昂貴，用電磁機反而不如用蒸汽機合算。焦耳的最初目的雖然沒有達到，但他從實驗中發現電流可以做功，這激發了他進行深入研究的興趣。

從1840年起，焦耳開始研究電流的熱效應，不久與俄國的著名物理學家楞次各自獨立發現了焦耳-楞次定律，為揭示電能、化學能、熱能的等價性打下了基礎，敲開了通向能量守恆定律的大門。

1843年，焦耳鑽研並測量了熱和機械功之間的當量關系與熱功當量，為熱運動與其他運動的相互轉化，運動守恆等問題，提供了無可置疑的證據，他也因此成為能量守恆定律的發現者之一。這是焦耳一生最重要的貢獻。

盡管有許多無可辨駁的事實，但當焦耳用論文宣布熱是一種能量交換的形式時，一些大科學家都表示懷疑和不信任，認為各種形式之間的能量轉換是不可能的，為此他多次受到科學界的冷遇。但是，焦耳並沒有屈服，他以百折不撓的精神繼續做實驗，找數據。直到1850年，在其他的科學家用不同的方式得到了與焦耳結論相同的能量守恆和轉化定律時，焦耳的科學成果才最終獲得了科學界的公認。

1850年焦耳被選為英國皇家學會會員，1889年10月11日焦耳在塞爾逝世，終年71歲。為了紀念他對科學發展的貢獻，國際計量大會將能量、功、熱量的單位命名為焦耳。恩格斯把他的「由熱的機械當量的發現(邁爾、焦耳和柯爾丁)所導致的能量轉化的證明」列為19世紀下半葉自然科學三大發現的第一項。

6. 焦耳的生平簡歷還有坐的科學成就

詹姆斯·普雷斯科特·焦耳(James Prescott Joule;1818年12月24日-1889年10月11日)，焦耳英國物理學家，出生於曼徹斯特近郊的沙弗特(Salford)。青年時期，在別人的介紹下，焦耳認識了著名的化學家道爾頓。道爾頓給予了焦耳熱情的教導，教給了他數學、哲學和化學方面的知識，這些知識為焦耳後來的研究奠定了理論基礎。而且道爾頓教會了焦耳理論與實踐相結合的科研方法，激發了焦耳對化學和物理的興趣，並在他的鼓勵下決心從事科學研究工作。
焦耳在研究熱的本質時，發現了熱和功之間的轉換關系，並由此得到了能量守恆定律，最終發展出熱力學第一定律。國際單位制導出單位中，能量的單位--焦耳，就是以他的名字命名。他和開爾文合作發展了溫度的絕對尺度。他還觀測過磁致伸縮效應，發現了導體電阻、通過導體電流及其產生熱能之間的關系，也就是常稱的焦耳定律。

7. 焦耳的貢獻

焦耳一般指詹姆斯·普雷斯科特·焦耳。

主要貢獻：
焦耳定律的發現
1840年12月，他在英國皇家學會上宣讀了關於電流生熱的論文，提出電流通過導體產生熱量的定律；由於不久 э . х . 楞次 也獨立地發現了同樣的定律，而被稱為焦耳-楞次定律。

熱功當量的測定
焦耳的主要貢獻是他鑽研並測定了熱和機械功之間的當量關系。這方面研究工作的第一篇論文《關於電磁的焦耳熱效應和熱的功值》，是1843年在英國《哲學雜志》第23卷第3輯上發表的。此後，他用不同材料進行實驗，並不斷改進實驗設計，結果發現盡管所用的方法、設備、材料各不相同，結果都相差不遠；並且隨著實驗精度的提高，趨近於一定的數值。最後他將多年的實驗結果寫成論文發表在英國皇家學會《哲學學報》1850年第140卷上，其中闡明：第一，不論固體或液體，摩擦所產生的熱量，總是與所耗的力的大小成比例。第二，要產生使1磅水（在真空中稱量，其溫度在50～60華氏度之間）增加1華氏度的熱量，需要耗用772磅重物下降1英尺的機械功。他精益求精，直到1878年還有測量結果的報告。他近40年的研究工作，為熱運動與其他運動的相互轉換，運動守恆等問題，提供了無可置疑的證據，焦耳因此成為能量守恆定律的發現者之一。

焦耳-湯姆孫效應
1852年焦耳和w. 湯姆孫（即開爾文）發現氣體自由膨脹時溫度下降的現象，被稱為焦耳-湯姆孫效應。這效應在低溫和氣體液化方面有廣泛應用。他對蒸汽機的發展作了不少有價值的工作。

8. 詹姆斯•焦耳的科研成果有哪些

詹姆斯•焦耳(1818～1889)，英國實驗物理學家。焦耳是位業余科學家，由於受到著名化學家道爾頓的引導，對實驗產生了興趣，為他的業余研究打下了良好的基礎。

焦耳為了測定熱功當量的值，反復進行實驗，從1840年開始到1878年為止，前後大約用了40年的時間，做了400多次實驗，用了多種方法，包括槳翼攪拌法、多孔塞法、壓氣機法、電熱法等，實驗結果越來越精確，無可辯駁地證明了能量守恆與轉化定律。

1847年4月，焦耳在作《關於物質、活力和熱》的講演時，對他的實驗結果作了通俗的解釋：「經驗已經證明，無論在哪裡活力在表觀上消失了，那麼總會產生一種與之等當量的力，這種與活力等當量的力就是熱。把活力變為熱的最通常的辦法就是摩擦。」1849年6月21日，他在皇家學會宣讀論文《論熱的機械當量》，並介紹了實驗裝置，宣布了實驗結果：要使一磅水(在真空中測量溫度在55～60℃之間)升高1華氏度的熱量，需要花費772磅重物下降1英尺所做的功(此數值為424.3千克米/千卡)，實驗結果處理得相當嚴密，在計算中甚至考慮到將重量還原為真空中的值，這個實驗結果同30年後(1879年)由美國物理學家羅蘭的測量結果相比，誤差僅為1/400。由此看出焦耳實驗的精確性，但他繼續測量一直到1878年，最後的測量值為423.85千克米/千卡。

在1850年發表的《熱的功當量》實驗報告中，焦耳詳細地介紹了實驗裝置、實驗過程和實驗結果。同年他當選為皇家學會會員，成果得到科學界的認同。焦耳的工作為熱力學第一定律的建立奠定了基礎，由此能量守恆和轉化定律應運而生。

9. 焦耳共有幾項科研成果

焦耳 焦耳 James Prescot Joule (1818-1889) 能量、功、熱的單位（J） 1牛頓力的作用點在力的方向上移動1米距離所作的功，即1J=1N·m 英國著名物理學家，十八世紀，人們對熱的本質的研究走上了一條彎路，「熱質說」在物理學史上統治了一百多年。雖然曾有一些科學家對這種錯誤理論產生過懷疑，但人們一直沒有辦法解決熱和功的關系的問題，是英國自學成才的物理學家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳( James Prescott Joule )為最終解決這一問題指出了道路。 焦耳1818年12月24日生於英國曼徹斯特，他的父親是一個釀酒廠主。焦耳自幼跟隨父親參加釀酒勞動，沒有受過正規的教育。青年時期，在別人的介紹下，焦耳認識了著名的化學家道爾頓。道爾頓給予了焦耳熱情的教導。焦耳向他虛心學習了數學、哲學和化學，這些知識為焦耳後來的研究奠定了理論基礎。而且道爾頓教誨了焦耳理論與實踐相結合的科研方法，激發了焦耳對化學和物理的興趣。 焦耳最初的研究方向是電磁機，他想將父親的釀酒廠中應用的蒸汽機替換成電磁機以提高工作效率。1837年，焦耳裝成了用電池驅動的電磁機，但由於支持電磁機工作的電流來自鋅電池，而鋅的價格昂貴，用電磁機反而不如用蒸汽機合算。焦耳的最初目的雖然沒有達到，但他從實驗中發現電流可以做功，這激發了他進行深入研究的興趣。 1840年，焦耳把環形線圈放入裝水的試管內，測量不同電流強度和電阻時的水溫。通過這一實驗，他發現：導體在一定時間內放出的熱量與導體的電阻及電流強度的平方之積成正比。四年之後，俄國物理學家楞次公布了他的大量實驗結果，從而進一步驗證了焦耳關於電流熱效應之結論的正確性。因此，該定律稱為焦耳—楞次定律。 焦耳總結出焦耳—楞次定律以後，進一步設想電池電流產生的熱與電磁機的感生電流產生的熱在本質上應該是一致的。1843年，焦耳設計了一個新實驗。將一個小線圈繞在鐵芯上，用電流計測量感生電流，把線圈放在裝水的容器中，測量水溫以計算熱量。這個電路是完全封閉的，沒有外界電源供電，水溫的升高只是機械能轉化為電能、電能又轉化為熱的結果，整個過程不存在熱質的轉移。這一實驗結果完全否定了熱質說。 上述實驗也使焦耳想到了機械功與熱的聯系，經過反復的實驗、測量，焦耳終於測出了熱功當量，但結果並不精確。1843年8月21日在英國學術會上，焦耳報告了他的論文《論電磁的熱效應和熱的機械值》，他在報告中說1千卡的熱量相當於460千克米的功。他的報告沒有得到支持和強烈的反響，這時他意識到自己還需要進行更精確的實驗。 1844年，焦耳研究了空氣在膨脹和壓縮時的溫度變化，他在這方面取得了許多成就。通過對氣體分子運動速度與溫度的關系的研究，焦耳計算出了氣體分子的熱運動速度值，從理論上奠定了波義耳—馬略特和蓋—呂薩克定律的基礎，並解釋了氣體對器壁壓力的實質。焦耳在研究過程中的許多實驗是和著名物理學家威廉·湯姆生（後來受封為開爾文勛爵，既JJ·湯姆遜）共同完成的。在焦耳發表的九十七篇科學論文中有二十篇是他們的合作成果。當自由擴散氣體從高壓容器進入低壓容器時，大多數氣體和空氣的溫度都要下降，這一現象就是兩人共同發現的。這一現象後來被稱為焦耳—湯姆生效應。 無論是在實驗方面，還是在理論上，焦耳都是從分子動力學的立場出發進行深入研究的先驅者之一。 在從事這些研究的同時，焦耳並沒有間斷對熱功當量的測量。1847年，焦耳做了迄今認為是設計思想最巧妙的實驗：他在量熱器里裝了水，中間安上帶有葉片的轉軸，然後讓下降重物帶動葉片旋轉，由於葉片和水的摩擦，水和量熱器都變熱了。根據重物下落的高度，可以算出轉化的機械功；根據量熱器內水的升高的溫度，就可以計算水的內能的升高值。把兩數進行比較就可以求出熱功當量的准確值來。 焦耳還用鯨魚油代替水來作實驗，測得了熱功當量的平均值為423.9千克米/千卡。接著又用水銀來代替水，不斷改進實驗方法，直到1878年，這時距他開始進行這一工作將近四十年了，他已前後用各種方法進行了四百多次的實驗。他在1849年用摩擦使水變熱的方法所得的結果跟1878年的是相同的，即為423.9千克重米/千卡。一個重要的物理常數的測定，能保持三十年而不作較大的更正，這在物理學史上也是極為罕見的事。這個值當時被大家公認為熱功當量J的值，它比現在J的公認值 ——427千克米/千卡約小0.7%。在當時的條件下，能做出這樣精確的實驗來，說明焦耳的實驗技能是多麼的高超啊！ 然而，當焦耳在1847年的英國科學學會的會議上再次公布自己的研究成果時，他還是沒有得到支持，很多科學家都懷疑他的結論，認為各種形式的能之間的轉化是不可能的。直到1850年，其他一些科學家用不同的方法獲得了能量守恆定律和能量轉化定律，他們的結論和焦耳相同，這時焦耳的工作才得到承認。 1850年，焦耳憑借他在物理學上作出的重要貢獻成為英國皇家學會會員。當時他三十二歲。兩年後他接受了皇家勛章。許多外國科學院也給予他很高的榮譽。雖然焦耳不斷進行著他的實驗測量工作，遺憾的是，他的科學創造性，特別是在物理概念方面的創造性，過早地就減少了。1875年，英國科學協會委託他更精確地測量熱功當量。他得到的結果是4.15，非常接近目前採用的值1卡＝4.184焦耳。1875年，焦耳的經濟狀況大不如前。這位曾經富有過但卻沒有一定職位的人發現自己在經濟上處於困境，幸而他的朋友幫他弄到一筆每年200英鎊的養老金，使他得以維持中等但舒適的生活。五十五歲時，他的健康狀況惡化，研究工作減慢了。1878年當他六十歲時，焦耳發表了他的最後一篇論文。1878年，焦耳退休。 焦耳活到了七十一歲。1889年10月11日，焦耳在索福特逝世。後人為了紀念焦耳，把功和能的單位定為焦耳。 在去世前兩年，焦耳對他的弟弟的說，「我一生只做了兩三件事，沒有什麼值得炫耀的。」相信對於大多數物理學家，他們只要能夠做到這些小事中的一件也就會很滿意了。焦耳的謙虛是非常真誠的。很可能，如果他知道了在威斯敏斯特教堂為他建造了紀念碑，並以他的名字命名能量單位，他將會感到驚奇的，雖然後人決不會感到驚奇。
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