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[百家杂谈] 快速搅动水,水是否会变热甚至沸腾??

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发表于 2022-5-14 06:57 PM | 显示全部楼层 |阅读模式


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快速搅动水,水是否会变热甚至沸腾??

作者 / 辰冢

肯定会。其中的道理,在中学物理中就已经讲过。

从历史的角度看,最早对此进行计量研究的,就是英国科学家焦耳(James Prescott Joule,1818-1889),亦即他在 1843 到 1845 年间所做的热功当量实验。

如下图所示,焦耳用一根缠绕在柱子上的绳子,另一头通过一个定滑轮悬挂一个给定重量的砝码。当放开绕绳柱的手柄之后,砝码在重力的作用下向下坠落,拉动绳子带动绕绳柱旋转,而柱子的下面连接的叶片会搅动容器中的水转动。观察浸泡在水里的温度计,会发现水温有所升高。通过测量和计算温度变化所需要的热量,并与砝码下落所消耗的重力势能进行比较,就能获得机械能转化为热能的比值,亦即热功当量。

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焦耳实验原理图

那么为什么水被搅动后温度会升高呢?焦耳的解释是:因为水的分子之间发生了碰撞。这个观点在当时的背景下是很超前的,因为当时原子分子理论还没有被广泛接受。所以,当焦耳将自己的实验结果写成论文提交给英国皇家学会时,居然被拒绝了。

与此同时,德国科学家亥姆霍兹却很快察觉到焦耳的工作以及与他类似的另一位科学家迈尔工作的重要性,于 1847 年发表论文论述了能量在各种形式之间转换的可能和规律,最后总结出能量守恒定律。英国皇家学会这时候才如梦初醒,承认了焦耳实验的重要意义。

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焦耳用过的实验设备

与此类似地,例如河流或其他流动的水,其温度实际上也会升高。但因为是开放系统,热量会很快传导到周围的环境中去,达到一个热平衡,所以感觉上似乎河流的水温并不高。如果精确测量,就能够发现快速流动的水温的确要比周围的温度高一些。

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