固体比热的历史

比热是化学家和物理学家共同关心的问题。1819 年，原是化学家的杜隆（P.L.Dulong，1785—1838）和物理学家珀替（A.T.Petit,1790— 1820）在长期合作研究物质的物理性质与原子特性的关系之后，进行了一系列比热实验。他们选择的对象是各种固体，想通过比热研究其物理性质。在大量数据的基础上他们发现，对于许多物质原子量和比热的乘

① R.A.Milllikan，"NobelLecture"inNobelLectures：Physics,1922—1941,Elsevi- er,1965p.61

积往往是同一常数。由此总结出一条定律：“所有简单物体的原子都精确地具有相同的热容量。”

这个经验定律在分子运动论中得到解释。根据麦克斯韦-玻尔兹曼能量均分原理，如果每个原子都看成是谐振子，则定容原子热①（注）应为

C = 6×N× 1 k = 3R≈6卡 / 克原子·度

v 2

与杜隆-珀替的实验数据基本相符。

1864 年，化学家柯普（H.F.M.Kopp）将这一定律推广到化合物，解

释了 1832 年纽曼（F.E.Neumann）的分子热定律。这个定律是说：化学式为 Aa、Bb、Cc 的化合物，其分子热容量等于

C = aCA + bCB + cCC +

其中 CA、CB、CC⋯⋯分别为不同元素 A、B、C⋯的原子热。

这两个定律在实际上有重要的应用价值，因为根据杜隆-珀替定律可以从比热推算未知物质的原子量，而根据纽曼-柯普定律可以推算化合物的分子热。

然而，实验并不都与杜隆-珀替定律相符。人们早就知道较轻的某些固体：例如铍、硼、碳、硅，其原子热（摩尔热容）小于 3R，特别是金钢石，在常温下只有 1.8 卡/克原子·度。

1872 年，H.F.韦伯（HeinrichFriedrichWeber，1843—1912）经过仔细实验，发现在高温（约 1300℃）时，金刚石的 Cv 值竟达到 6 卡/克

原子·度。这正是杜隆-珀替定律的标准结果，说明那些例外情况与物质的熔点高有关。以此类推，室温下原子热接近正常值的物质应在低温下偏离杜隆-珀替定律，这就引起了人们研究物质比热随温度变化的兴趣。随即，H．F．韦伯的发现为许多实验家在低温下测量不同物质的比热实验所证实。1898 年贝恩（Behn），1905 年杜瓦①均有文章论述。温度越低，比热越小，已成为众所周知的事实。

H．F．韦伯是苏黎世联邦工业大学的物理教授，他的工作成果自然会受到他的学生重视，而爱因斯坦早年就学于苏黎世时，正好听过他的讲课，并在他的实验室中工作过。