1 什么是熱
熱是自然界最常見(jiàn)的一種能量之一。熱量的重要性不言而喻，甚至可以說(shuō)，整個(gè)人類文明史就是人類對(duì)熱利用技術(shù)不斷提升的歷史。
約公元62年前后古希臘亞力山大里亞的希羅發(fā)明了一種汽轉(zhuǎn)球。它是由一個(gè)空心的球和一個(gè)裝有水的密閉鍋?zhàn)右詢蓚€(gè)空心管子連接在一起，在鍋底加熱使水沸騰變成水蒸氣后由管子進(jìn)入到球中，最后水蒸氣會(huì)由球體的兩旁噴出并使得球體轉(zhuǎn)動(dòng)。這是人類有記載的首次熱動(dòng)力應(yīng)用的案例。
同其他所有的學(xué)科一樣，直到近代，人類才在認(rèn)識(shí)熱的物理本質(zhì)上取得了明顯的進(jìn)展。古代人對(duì)熱的認(rèn)知基本完全停留在感性的基礎(chǔ)上，被宗教人員委以各種神話色彩，這不在本文的討論之列，故不詳述。本文對(duì)近代熱學(xué)和現(xiàn)代熱學(xué)做一個(gè)概述，幫助讀者理解熱的本質(zhì)。
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1.1 熱動(dòng)說(shuō)
近代熱學(xué)是近代物理學(xué)的一個(gè)分支。關(guān)于熱的解釋，近代熱學(xué)充滿經(jīng)典的笛卡爾-牛頓知識(shí)體系色彩。
早期關(guān)于熱的本質(zhì)的學(xué)說(shuō)分為熱是一種運(yùn)動(dòng)和熱是一種物質(zhì)兩類。
熱動(dòng)學(xué)說(shuō)由牛頓，笛卡爾等人提出，且其在微觀上有動(dòng)量守恒定律的解釋。笛卡爾把熱看作是物質(zhì)粒子的一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。胡克用顯微鏡觀察了火花，認(rèn)為熱“并不是什么其他的東西，而是一個(gè)物體的各個(gè)部分的非常活躍和極其猛烈的運(yùn)動(dòng)”。牛頓也指出，物體的粒子“因運(yùn)動(dòng)而發(fā)熱”。洛克甚至還認(rèn)識(shí)到“極度的冷是不可覺(jué)察的粒子的運(yùn)動(dòng)的停止”。俄國(guó)學(xué)者羅蒙諾索夫進(jìn)一步細(xì)化了熱是一種什么運(yùn)動(dòng)：“熱的根源在于運(yùn)動(dòng)”，運(yùn)動(dòng)著的是組成物質(zhì)的那些肉眼不可分辨的細(xì)小微粒。熱量從高溫物體傳給低溫物體的原因，是由于高溫物體中的微粒把運(yùn)動(dòng)傳給低溫物體中的微粒造成的，而且給出的運(yùn)動(dòng)量與接受的運(yùn)動(dòng)量相等。按照熱動(dòng)說(shuō)，傳熱現(xiàn)象可以很好地從微觀上與動(dòng)量守恒定律匹配起來(lái)。
1.2 熱質(zhì)說(shuō)
與熱動(dòng)說(shuō)幾乎同一時(shí)代，熱質(zhì)說(shuō)也在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間得到普遍認(rèn)同，而且在熱質(zhì)學(xué)說(shuō)的理解下，還衍生了許多新的、目前仍被認(rèn)為在經(jīng)典時(shí)空中是正確的概念和定理。法國(guó)科學(xué)家和哲學(xué)家伽桑狄認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)著的原子是構(gòu)成萬(wàn)物的最原始的、不可再分的要素，同樣，熱和冷也都是由特殊的“熱原子”和“冷原子”組成的。它們非常微小，性質(zhì)極為活潑，能夠滲透到一切物體之中。這個(gè)觀念，把人們引向“熱質(zhì)說(shuō)”。熱質(zhì)說(shuō)簡(jiǎn)易地解釋了當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的大部分熱學(xué)現(xiàn)象：物體溫度的變化是吸收或放出熱質(zhì)引起的；熱傳導(dǎo)是熱質(zhì)的流動(dòng)，對(duì)流是載有熱質(zhì)的物體的流動(dòng)，輻射是熱質(zhì)的傳播；物體受熱膨脹是因?yàn)闊豳|(zhì)粒子間的相互排斥；物質(zhì)狀態(tài)變化時(shí)的“潛熱”是物持粒子與熱質(zhì)發(fā)生“準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)”的結(jié)果；摩擦或碰撞的生熱現(xiàn)象，是同上于“潛熱”被擠壓出來(lái)以及物質(zhì)的比熱變小的結(jié)果，等等。由于熱質(zhì)的物質(zhì)性，所以它也遵從物質(zhì)守恒定律。
可以說(shuō)，在解釋常見(jiàn)的物理現(xiàn)象上，熱質(zhì)說(shuō)更加直觀。在熱質(zhì)說(shuō)觀點(diǎn)的指導(dǎo)下，熱學(xué)研究所取得的主要進(jìn)展有：布萊克發(fā)現(xiàn)了比熱和潛熱；瓦特從理論上分析了舊蒸汽機(jī)的主要缺陷而引導(dǎo)他改進(jìn)了蒸汽機(jī)；傅立葉依據(jù)這一物理圖象建立了熱傳導(dǎo)理論；卡諾從熱質(zhì)傳遞的觀點(diǎn)出發(fā)于十九世紀(jì)初提出了消耗從熱源取得熱量而得到功的理論。
在實(shí)踐中，人們根據(jù)熱質(zhì)說(shuō)創(chuàng)造出的大量成果，使人們相信它是一個(gè)正確的學(xué)說(shuō)，從而壓倒了熱是運(yùn)動(dòng)的看法而在十八世紀(jì)到十九世紀(jì)初居于統(tǒng)治地位。
從現(xiàn)代熱學(xué)角度上看，熱質(zhì)說(shuō)和熱動(dòng)說(shuō)都是片面的。大家更認(rèn)同哪一種解釋？
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