能

卡诺揭示了热能和机械能之间的转化，并且说明能量既不能产生，也不能消灭，已接近发现能量守恒和转化定律。同一时期、磁能、电能、化学能等更多的能量之间的转化得到了进一步研究，到 40 年代初，能量守恒和转化定律被不同学科的人几乎同时发现了。

“能”这个词，在希腊语里是“使用某种动作”的意思。

把石子放在弹弓的橡皮筋上，用力往后拉，然后突然松手，石子就会飞向远处。这种使别的物体运动或者移动位置的能力就叫做能。

挥动的锤子能把钉子钉进木板里，飞行的炮弹能击穿钢板，猛烈运动的空气——暴风甚至能吹倒树木、毁坏房屋。这种物体由于运动而具有的能叫做动能。从观察得知，物体的质量越大，速度越快，它的动能就越大。

位于高处的物体，由于地球引力，其重力的作用方向总是指向低处如果将山间的雨水汇集到贮水池里，利用水落下时的力量可以推动发电机旋转。打桩机的重锤落下时，能把木桩或钢铁构件打进地基里。

这种由于物体位于较高的位置而具有的能叫做势能。水池的水和打桩的重锤都具有势能。

在 16、17 世纪，伽利略和牛顿等科学家，通过确定速度、加速度和力之间的关系，对动能和势能的原理有所认识。他们认识到，当物体下降时速度加快，动能就增加了；同时，高度降低，势能就减少了。如果把物体抛向空中，随着动能的减少，势能就相应增加。

因此，在运动过程中，两种能量的总和总是一个恒量。这就是机械能守恒定律。

到 18 世纪，人们进一步认识到热、光、声等也具有能量，能量可以从一种形式转化为另一种形式。

最早公布能量守恒和转化定律的是德国青年医生迈尔。

1814 年，迈尔出生于德国，1840 年他在一艘远洋海轮上当船医，船从荷兰驶往东印度，船在热带的爪哇岛停留时，他给当地人看病。

当他从病人身上抽取出血液时，奇怪地发现，患者的静脉血要比在欧洲见到的病人的静脉血颜色红亮得多，这是为什么呢？

迈尔在学医时，曾研究拉瓦锡的燃烧理论和一些化学知识。在拉瓦锡理论的启示下，他仔细琢磨其中的原因，是不是因为在热带地区气温高，几乎不需要利用血液中的养分就能维持体温呢？

迈尔按照拉瓦锡的观点设想，动物体温是由氧化过程产生的热，由于热带炎热，那么人的体温只需要从食物中吸取少量的热即可维持，因此食物氧化作用减弱，剩下多余的氧留在静脉血里，血红素结合了氧就显得红亮了。据此，迈尔认为人的体温是由食物化学能转化来的。他进一步认为人体

动力，也就是肌肉机械作功的能量，也来源于食物化学能；热能和机械能加在一起的总量，应该等于食物化学能。

这样，热能、机械能和化学能都是等价的，而巨能够相互转化。

在航行期间，迈尔还听船员说：“暴风雨来时，海水温度比平时要高一点。”迈尔认为这应该是机械能转化为热能的缘故。

1841 年，迈尔随船回国，对航行期间的发现继续进行研究，并且做了一些实验，写成论文《论力的量和质的量的测定》。在这篇论文里，他提出了热是运动的观点，说明了热是由运动转化来的，并阐述了能量守恒和转化方面的见解。

他把论文投给德国的权威刊物《物理学和化学年鉴》。由于热质说统治着人们的头脑，权威们都相信是物质而不是运动，因此不承认迈尔的见解， 便以缺乏实验依据为由，拒绝发表。

迈尔对学术上的第一次打击非常生气，但又无可奈何，决心进一步用实验来证明自己的观点。

迈尔做了这样两个实验。一是把一块与水温相同的金属，从高处落入水槽里，结果水的温度升高了。二是用力摇动水槽，结果水温也能升高。

当然，这两个实验都是简单的定性实验，但接着迈尔对实验进行了定量测定。1842 年，他初步计算出热功当量为 1 卡等于 365 克米，相当于 3.58

焦耳，接近于现代精确的热功当量值 4.184 焦耳。

1842 年，迈尔把自己的研究成果写成论文《论无机界的力》，终于在德国的《化学与药物杂志》上发表。

论文虽然发表了，但没有受到人们的青睐，反而受到了不少嘲笑和攻击： “迈尔荒唐透顶”，“迈尔空谈哲理”。

学术上的第二次打击，使迈尔精神上受到了很大的刺激，从此迈尔开始

脾气暴躁，不断消沉。1850 年得了神经紊乱症，曾自杀，但未遂，被送到精神病院。1878 年，迈尔逝世。

尽管如此，迈尔是科学史上第一个发表能量守恒和转化定律的人。