七、热和重量

热质说之所以能盛行，主要是因为观察到了物体受热时膨胀和金属煅烧时重量增加这类现象。在这种情况下，认为热是某种物质实体，那是很自然的。因此，十八世纪中，人们作了种种努力，试图测定物体的温度和重量之间的相伴变化如果有的话。所得到的实验结果看来是相互矛盾的。有些实验者发现，一种物质在温度增加时，继之有重量上的少许增加；有些人则观察到重量有少许减少；另一些人则看不出在温度变化时重量有什么变化。朗福尔德所做的实验是这类实验中最为精致的。他的结果是否定的，这正是伯尔哈韦、布莱克和其他一些人所预料的。有关这类工作的几个最重要的阶段可按照年代顺序扼述如下。

伯尔哈韦用一块重 5 磅 8 盎司的铁进行实验（Elementa Chemi-ae， Leiden，1732，I，pp.259—60；以及New Method of Chemistry，P. Shaw 译，2nd ed.，London，1741，I，pp.285f.）。他先称量了冷时的铁块， 当它赤热时重新称量，然后待其冷却后再进行称量。重量一直保持未变。在同样条件下，对一块铜进行试验，得到了相同结果。

布丰发现（Histoire Naturelle， Supplement，Paris，1775，Ⅱ， pp.11—13），一块“白热”的铁重 49 磅 9 盎司；但当它冷却到大气温度（当

时接近凝固点）时，重量只有 49 磅 7 盎司。用其他铁块进行的实验，得到了类似结果。

罗巴克用较小的铁块和灵敏的天平重复了布丰的实验（Phil. Trans.， 1776，p.509）。他发现，1 磅白热的铁在冷却时重量要减轻将近 1 谷；但是一块 5 英钱重的铁在冷却后要比烧热时稍重一些；一块热铜重约 1 磅，冷却

时要减轻 4 谷，不过这被解释为因金属锈皮损失所致；一块重 55 磅的熟铁

从白热状态冷却经过 22 小时，重量增加了 6 英钱多；这种铁的锈皮在冷时

要比热时重，每 2 盎司 8 英钱增加 5 谷；而纯银块（热时约重 2 磅 10 盎司）

冷却时重量增加 5 谷。

怀特赫斯特也未能证实布丰的结果（同上书，p.575）。当金或铁被加热到赤热时，会有数英钱的微量损失；但被冷却后，金又回复到原来的重量， 而铁则有少许增加。他的结论是：在天平一侧的这些热金属使空气变得稀薄，而这可能引起一种向上的气流，从而导致所观察到的效应。而在布丰的实验中，大的热金属块可能致使天平的两个相对臂产生不均等的膨胀，这就引起了所观察到的差异。福代斯发现，冰块在融化为水时重量有所减轻（同上书，1785，p.361）。他从新河取 1700 谷水，盛在一个重 451 谷的玻璃容器中。

密封起来后，设备和内盛物在32°F下总重2150 31 谷。在内盛物渐次部分

32

凝固的过程中，总重量不断增加，直到全部凝固，重量总增加量略微超过

1. 谷，温度下降到12°F。当温度上升到32°F，冰又全部融化后，这

16

设备又回复到原来的重量。

布莱克的关于热没有重量的观点（Lectures，Vol.I，pp.48f.）主要建基于他对怀特赫斯特和福代斯获得的实验结果所作的解释。

朗福尔德又注意起这个问题（Phil.Trans.，1799，p.179）。他选用了两个尽可能相似的细小玻璃烧瓶，一个里面装着蒸馏水，另一个里面装着等重量的淡酒精。两个烧瓶密封起来，在一个温度为 61°F 的房间里把它们悬挂在一架天平的两臂上。然后，把这套装置移到一个 29°F 的比较冷的房间里。48 小时后，水冻结了，这时要添上 0.134 谷方可恢复天平平衡。然后， 再把这套装置移回温度为 61°F 的房间里。当冰融化后，朗福尔德发现，原始重量又恢复了。实验后重新测试表明，那架天平仍然相当准确。

他所能想到的唯一解释是，水在凝固时失去了大量潜热。于是，“如果潜热损失，增加一个物体的重量，那它一定对另一物体也会产生同样效应。因此，潜热数量的增加一定——在一切物体中和在任何情况下——使它们的视重量减轻。”然而，当他把酒精换成水银，在 61°F 和 34°F 温度上复做前述实验时，却发现重量没有什么变化，尽管水失去的热比水银多得多，因为它们的比热之比为 1，000 比 33。这时，朗福尔德怀疑，可能是某种偶然因素（例如大气湿气在烧瓶上淀积，或者因微小温差而引起的局部微弱气流）造成了第一次实验中的表观重量增加。因此，他又取了三个烧瓶，瓶里分别盛有等重量的水、酒精和水银。密封后，把它们放在一个温度 61°F 的温暖房间中，放置 24 小时。由固定在烧瓶中的小温度计测得，水和酒精的温度相同。然后，把烧瓶表面的湿气仔细地全部擦去。接着，对它们进行称量，给较轻的烧瓶的瓶颈上缚上几根银丝，以达致平衡。然后，把它们全都移到一个温度 30°F 的冷房间中。放置 48 小时后发现，它们全都达到了同样温度（29°F），而重量并没有任何变化。并且，当它们又被移回温暖房间后，重量仍然相同。这个实验被重复了多次，得到的结果都一样。朗福尔德现在满意地看到，他最初的结果肯定是由于他所猜想的那些偶然因素造成的。

朗福尔德说：“既然已确定，当水从流动性状态变为冰或者反过来时， 水并未获得或损失重量，所以我现在就可以与一个长期纠缠着我，给我带来许多痛苦和烦恼的课题最后告别了；既然（由于上述实验结果）已经完全相信，如果热实际上是一种实体或物质——如所假想的那样，是一种自成一类的流体——这种从一个物体转入另一物体并被累积起来的流体就是我们在加热物体中所观察到的诸现象的直接原因（然而，关于这一点，我还不能不

抱有怀疑），那么，它肯定是一种无限稀疏的东西，以致我们想发现它的重量的一切努力，都将是徒劳的，即使在其最凝聚的状态下也是如此。再者， 如果我们许多最有才干的哲学家们所采取的见解，即热无非是受热物体各构分的内部振动的观点确有充分根据，那么，显然，物体重量当绝不可能受这种运动影响。”

如果热是一种实体，并且具有重量，那么朗福尔德的实验应比其他任何实验都更易于检测出这种重量。因为，水在凝固时失去的 140°F 将把同质量的金从凝固点升温至 140×20 即 2，800°（一种炽热），这是由于金的比热是水的二十一分之一。朗福尔德下结论说：“因此，我的实验清楚地证

明，相当于把4，214谷（即约9 3 盎司）金从水的凝固点升温到赤热状态

4

所需的热量，对一架可示出该物体重量的百万分之一这样小的变化的天平没有产生什么明显的影响。如果金在从水的凝固点被加热到炽热状态时，其重量尚未增加或减少百万分之一，那么，我认为，我们就可以有把握地得出结论：任何试图发现物体视重量会受热影响的努力都将是徒劳的。”