六、热动说的发展

在热质说发展的十八世纪，热动说处于低潮时期，但热质说也遇到了许多问题，如热质是否有重量，人们众说纷纭，莫衷一是．当时许多人都曾研究过这一问题．但所得结果相差甚远．如波尔哈夫说金属烧红后重量不变；布丰宣布金属烧红后重量会增加；罗布克用更精确的天平重复布丰的实验，结果是混乱的，有时变重，有时变轻；英国人佛迪斯则声称水在结冰时放出潜热后，重量增加了约十万分之一．伦福德经过反复实验则确认热没有重量，他指出，如果把热看作是一种运动，那热量的变化就不会引起重量的变化．

伦福德的研究过程是这样的：1798 年伦福德在慕尼黑兵工厂负责制造大炮的工作．他发现，用钻头钻炮筒时，炮筒的温度会升得很高，这使他非常惊讶．于是他想通过实验来弄清热的来源问题．他的实验是这样进行的：他用一个钝钻头钻一个炮筒，半小时转了 960 圈，炮筒的温度就由60°F 升高到 130°F．伦福德想所产生的热量是否来自周围的空气？他接下去进行的实验是用活塞把钻头周围空气隔离开来，结果所生的热并未减少．他又考虑到活塞是同空气接触的，那同活塞直接接触的这部分空气对热的产生是否有影响呢？于是他又把钻头、活塞和炮筒都放在一个密封的箱子里，箱内还盛了水．钻头钻了两个半小时，箱内的水就沸腾了．当他看到不用火烧水就会沸腾时，感到十分兴奋．于是得出结论，这热不是从空气中来的，也不可能来自于水，因为在这里水是吸收热的物体；也不可能来自比热的减少或化学变化，因为在这种情况下比热和化学性质都没有发生变化．结论只能有一个，即热量是从摩擦中产生的．

摩擦生热本来是一个极平常的现象，原始人就是用这种方法创造出足够的热来点燃木草的，即所谓的钻木取火．摩擦生热的例子数不胜数，而且热质说也对摩擦生热的现象进行了解释，但是在这极平常的现象中，伦福德敏锐地注意观察到，产生的热是如此的大量，以至使水沸腾，这使问

题变得如此突出而引入注目．他特别注意到这热可持续不断的产生，这使热质说对摩擦现象的解释变得不足为信．伦福德认为，能够无限产生的决不可能是物质，而只能是一种运动．通过实验，他进一步得出结论：“在推敲这个问题时，我们一定不能忘记考虑那个最显著的情况，就是在这些实验中，由摩擦所产生的热的来源似乎是无穷无尽的”“任何与外界隔绝的一个物体或一系列物体，所能无限连续供给的任何东西决不可能是具体的物质；⋯⋯除了只能把它认为是‘运动’以外，我似乎很难构成把它看作为其他东西的任何明确的观念”．

热质说是建立在热质的守恒概念的基础上的；而正是在这一点上，伦福德的实验以确凿的证据证明，摩擦不但能生热，而且能产生任意数量的热，这使热质说在普遍的热量守恒定律的有效性方面遭到了失败，从而动摇了热质说的统治地位．

在伦福德完成实验的第二年，21 岁的戴维（1778—1829）完成了一个独创性的实验，这一实验的设计别具匠心、巧妙高超，他在真实装置中使两块冰相互摩擦，并使周围的温度比冰还低．实验发现，冰块摩擦后就逐渐融化了．戴维分析指出，使冰块融化的热不可能从周围的空气中来， 因为周围空气的温度比冰还低；这热也不可能来自潜热，因为冰融化时是吸收潜热、而不是放出潜热．由此戴维得出了同伦福德相同的结论：热质是不存在的，热现象的直接原因是运动，戴维的真空中冰块摩擦实验被称为判决实验，它由此而判决了热质说的“死刑”，为热动说提供了有力的实验证据，并为热动说的发展铺平了道路．