热功当量

既然做功和热传递对改变物体内能是等效的，功和热量之间就应该有确定的数量关系。在物理学的发展史上，曾规定热量的单位是卡．使 1 克水的温度升高 1℃所需的热量就是 1 卡。如果功和热量之间有确定的数量

关系，1 卡的热量相当于多少焦耳的功？相当于单位热量的功的数值叫做热功当量。历史上第一个用实验测定热功当量的人是英国物理学家焦耳。他用不同的方法测定热功当量，下面介绍其中最著名的一种（图 14－2）。

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量热器里装着水。重物 P 和 P′下落时带动量热器中的轴转动，轴上的叶片就带动周围的水随着转动。量热器内壁上也固定着叶片，它们的作用是阻碍水的运动，增大摩擦。叶片搅动水做功，使水的内能增加，温度由 t1 升高到 t2。已知每个重物的质量 M 和落下的高度 h，可以算出这个功： W=2Mgh。假定水的内能的增加不是由于做功而是由于热传递的结果，也可以算出使水的温度由 t1 升高到 t2 所需的热量：Q=（m1c1＋m2c2）（t2-t1），其中 m1、m2、c1、c2 分别表示水和量热器的质量和比热。这样，就可以求出热功当量：J=W/Q。

这个实验，焦耳做过多次，测得的热功当量的数值相同。他又用水银代替水，重做上述实验，也得到相同的结果。他还用其他方法来测定，结果仍然相同。焦耳同时代的和以后的许多科学家用不同的方法来测定，结果都相同。热功当量的数值通常可取为

J=4.2 焦/卡。

热功当量的数值的确定，证明功和热量之间存在着确定的数量关系， 即 1 卡=4.2 焦，或者 1 焦=0.24 卡。这进一步定量地证明做功和热传递对改变物体的内能是等效的。因此，功、热量和能量使用相同的单位，是很自然也很合理的，现在国际单位制中规定它们统一用焦耳作单位。