功的热当量

物理学术语

功的热当量（thermal equivalent of work）单位卡与作为功的单位焦耳之间存在的一种当量关系，由于用传递热量或作功的方法都能改变物质系统的能量，所以他们的单位之间存在着一定换算关系。

定义

英国物理学家焦耳首先用实验确定了这关系，后规定：

在热工学中常用功的热当量等于1/426.9千卡以表示功与热之间的换算常数；如果工程上以千瓦或马力作为功率的计算单位，则功与热之间的换算当量为每千瓦小时=860大卡，每马力小时=632大卡。

功的热当量表述了不同能量之间可以相互转换，而且存在严格的当量关系。功的热当量也是对热力学第一定律的实验证明。

历史和优先权纠纷

朗姆福德伯爵本杰明汤普森在1797年左右观察了德国慕尼黑的阿森纳钻孔火炮产生的摩擦热。朗姆福德将一个大炮桶浸入水中，并安排了一种特别钝的镗孔工具。他表明水可以在大约两个半小时内煮沸，摩擦热的供应似乎取之不尽用之不竭。在他的实验的基础上，他发表了“关于摩擦激发的热源的实验性探究”（1798年），皇家学会的哲学交易。102.这篇科学论文对既定的热学理论提出了重大挑战，并开始了19世纪的热力学革命。这个实验激发了詹姆斯普雷斯科特焦耳的工作在19世纪40年代。焦耳对等效性的更精确测量是建立动力学理论的关键，而牺牲了热量理论。1842年Julius Robert von Mayer在德国领先的物理学杂志上提出了热量和功相等的观点，并于1843年独立于James Prescott Joule在英国领先的物理学杂志上提出。1840 - 1843年，路德维希·科尔丁（Ludwig A. Colding）也开展了类似的工作，尽管科丁的工作在丹麦本土以外鲜为人知。之间的合作尼古拉斯·克莱门特和萨迪卡诺在19世纪20年代有同样的线附近的一些相关的思考。1845年，焦耳发表了一篇题为“热的机械等效”，他在其中指定的数值为以产生热量的单元所需的机械功的量。特别地焦耳曾尝试通过提高所需要的摩擦产生的机械功量温度一个的磅华氏一度的水，发现一致的值为778.24英尺力（4.1550J·cal），焦耳认为运动和热量可以互相交换，并且在任何情况下都是一定量的工作会产生相同的热量。Von Mayer也发表了1845年机械等效热值的数值，但他的实验方法并不那么有说服力。

尽管在20世纪初期建立了标准化值4.1860 J·cal，但在20世纪20年代，最终认识到常数仅仅是水的比热，其数量随温度在4.17和4.17之间变化4.22 J·g·°C。单位的变化是卡路里作为物理和化学单位消亡的结果。

冯·梅耶和焦耳尽管在欧洲领先的物理学期刊上发表过，却遭遇了最初的忽视和抗拒，但到了1847年，当时许多顶尖的科学家都在关注。赫尔曼·亥姆霍兹（Hermann Helmholtz）于1847年发表了被认为是能量守恒的最终宣言。亥姆霍兹从阅读焦耳的出版物中学到了知识，尽管赫尔姆霍茨最终得出了焦耳和冯迈耶的优先考虑。

同样在1847年，焦耳在英国科学促进会年会上发表了一篇出色的报告。威廉汤姆森出席的人中有一人。汤姆森很感兴趣，但最初持怀疑态度。在接下来的两年里，汤姆森越来越相信焦耳的理论，最终承认他在1851年的印刷，同时归功于冯梅耶。Thomson与Joule合作，主要通过通信，Joule进行实验，Thomson分析结果并建议进一步的实验。合作从1852年持续到1856年。其公布的结果很大程度上促使人们普遍接受焦耳的工作和动力学理论。

然而，1848年，冯梅耶首先看到了焦耳的论文，并写信给法国科学院以确定优先权。他的信被发布在Comptes Rendus，焦耳迅速作出反应。汤姆森与焦耳的亲密关系让他陷入了争议之中。双方计划焦耳承认von Mayer优先考虑机械等效的概念，但声称实验验证与焦耳保持一致。汤姆森的同事，同事和亲戚如威廉·约翰·麦考昆·兰金，詹姆斯·汤姆森，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦和彼得·格思里·泰特加入了焦尔的事业。

然而，在1862年，约翰廷德尔在他的许多科普短途旅行和与汤姆森及其圈子的许多公共纠纷中，在皇家机构进行了一次名为On Force的演讲，其中他认为von Mayer的构思和测量机械等效的热量。汤姆森和泰特被激怒了，在哲学杂志的页面上发生了一场不庄重的公开信件交流，以及颇受欢迎的好话。Tait甚至采取措辞支持Colding的事业，试图破坏von Mayer。

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