蒸汽机的发明让欧洲工业革命如火如荼,使得整个时代飞速发展。生产效率不仅得到极大地提高,也使得各个科学领域的研究勃勃生机,蒸汽动力的研究更是使得科学家们趋之若鹜骛,如何提高蒸汽动力成为热门课题。人类第一次感受到科技所带来的魅力。 18世纪科学家们对热本质研究非常感兴趣,他们发现一个有趣的现象,给冰加热时,它的温度在冰块未完全融化前保持不变,直到全部融化后提高热量水的温度才逐渐提高。为何出现如此"怪现象",这个问题困扰科学家很多年。不仅冰块,其他的物质如金属,在加热的时候也出现如此现象。 后来格拉斯哥大学教授约瑟夫·布莱克通过一系列的研究揭开这个谜题的答案。布莱克给石灰石加热使其生成了生石灰,再对生石灰进行称重,他发现生石灰的质量比石灰石减轻了,经过研究得出减轻的原因,即石灰石生成的过程中释放了一定量的二氧化碳。随后他又将一定量的水加入到生石灰中产生熟石灰,再次对石灰石进行称重。接下来,加入定量的弱碱使得熟石灰发生化学反应转化回石灰石,再次称重其质量,发现当前的质量与石灰石最初的质量是一样的。 布莱克将这一实验机制引入对热的研究中。他将一定量的0℃的冰融化成相同温度的水所需要的热量,足够将0℃的水一直加热到60℃。他还研究了水转化成蒸汽的过程,他发现当加热处于100℃(沸点)的水和水蒸气的混合物时,只有水全部变成蒸汽温度才会上升。再次将定量的0℃的水与100℃相同质量的水混合,得到液体的温度是50℃,这个温度刚好处于冰点(0℃)和沸点(100℃)之间。 通过一系列的实验研究,布莱克引入"比热容"这个概念,在初中的物理中我们学习过这个概念,它指的是使得1千克的物质的温度上升(或下降)1开尔文所需的能量(热量)。布莱克还引入了"潜热"这个概念,即将正在融化的物质吸收的热量称之。当一种液体,比如水,结冰时,与潜热的量相等的热量被释放出来;与此类似,当蒸汽凝结成液体时也会释放潜能。 "比热容"和"潜热"的概念的引入,很好的解释了加热冰块未完全融化成水前温度一直不变的谜题,即冰在融化过程中,吸收一定的"潜热","潜能"进入冰水混合物中,而水吸收的热量并不会使得周围的温度升高,而是使水转化成成蒸汽。 有趣的是,布莱克在做这些实验的时候,这些发现被一个仪器修理工记录下来,后来就有了蒸汽机的改良,这个修理工就是鼎鼎大名的瓦特。