焦耳：能量单位的由来与贡献

焦耳：能量单位的由来与贡献

詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（James Prescott Joule，1818年12月24日－1889年10月11日）是英国著名的物理学家，他对热学、热力学和电学做出了重要贡献。为了纪念他在能量和功方面的杰出成就，物理学中将能量的单位命名为“焦耳”。

焦耳简介

焦耳出生于曼彻斯特近郊的沙弗特，是英国皇家学会会员。他在16岁时跟随道尔顿学习算术和几何，这段经历对他的一生产生了深远影响。焦耳最初将科学作为爱好，后来开始研究用电动机替换啤酒厂的蒸汽机的可行性。他的主要贡献包括发现了热和功之间的转换关系，提出了能量守恒定律，并发展了热力学第一定律。

焦耳的主要发现

1840年，焦耳发表了关于电流强度、导体电阻和通电时间关系的论文，提出了著名的焦耳定律。他通过一系列实验，证明了能量既不会凭空消失也不会凭空产生，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，总量保持不变。这一发现奠定了热力学第一定律的基础。

焦耳还与开尔文合作发展了温度的绝对尺度，并观测到磁致伸缩效应。他发现导体电阻、通过导体电流及其产生热能之间的关系，进一步完善了焦耳定律。

焦耳对热功当量的测定

焦耳最重要的贡献之一是测定了热和机械功之间的当量关系。他在1843年发表的第一篇相关论文中，提出了热的机械值。经过多年的实验和改进，他最终在1850年发表的研究结果中阐明：

1. 不论固体或液体，摩擦所产生的热量总是与所耗的力的大小成比例。
2. 要产生使1磅水（在真空中称量，其温度在50～60华氏度之间）增加1华氏度的热量，需要耗用772磅重物下降1英尺的机械功。

焦耳定律

焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。其内容是：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。数学表达式为：Q=I^2R*t（适用于所有电路）；对于纯电阻电路可推导出：Q=W=Pt;Q=UIt;Q=(U^2/R)t。

焦耳单位

焦耳是能量的单位，1焦耳等于1牛顿米（N*m），即把1牛顿的物体举高1米所做的功。例如，一瓶500ml矿泉水（约0.5kg，5N）举起0.2m，人对其所做的功就是1J。

焦耳单位比较小。一度电（电能单位）等于3600000焦耳，可见1焦耳能量单位很小。

焦耳与瓦的换算

焦耳是能量单位，瓦是功率单位，两者无法直接换算。但它们之间存在关联：1焦耳等于1瓦特秒；1度电（千瓦小时）等于3600000焦耳。