詹姆斯·普雷斯科特·焦耳

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），英国物理学家。

焦耳没有受过正规教育，15岁以前在家自学。16岁时跟着英国物理兼化学学家约翰·道尔顿学习。1840年，焦耳的第一篇重要的论文被送到英国皇家学会，这篇论文中提出了“焦耳定律”。1847年，焦耳与英国著名物理学家凯尔文勋爵（Lord Kelvin 即William Thomson）合作进行能量守恒等问题的研究。1849年，焦耳提出能量守恒与转化定律，奠定了热力学第一定律（能量不灭原理）的基础。

1850年，焦耳当选为英国皇家学会院士。1866年英国皇家学会授予焦耳最高荣誉的科普利奖章（Copley Medal），以表彰他在热学、热力学和电方面的贡献。后人为了纪念他，把能量或功的单位命名为“焦耳”，简称“焦”；并用焦耳姓氏的第一个字母“J”来标记热量。

1818年12月24日焦耳生于苏格兰北部曼彻斯特城的郊外沙弗特（Salford）。

焦耳的父亲是一个酿酒厂主，焦耳自幼跟随父亲参加酿酒劳动，没有受过正规教育。

1834年焦耳进入曼彻斯特松树街（ PineStreet）道尔顿的学校就读。

焦耳向道尔顿学习数学、哲学和化学，这些知识为焦耳后来的研究奠定了理论基础。而道尔顿教诲了焦耳理论与实践相结合的科研方法，激发了焦耳对化学和物理的兴趣，并在他的鼓励下决心从事科学研究工作。

1837年焦耳装成了用电池驱动的电磁机，并发表了关于这方面的论文而引起人们的注意。

1840年焦耳把环形线圈放入装水的试管内，测量不同电流强度和电阻时的水温。12月焦耳在英国皇家学会上宣读了关于电流生热的论文，提出电流通过导体产生热量的定律。由于不久之后，俄国物理学家楞次也独立发现了同样的定律，该定律也称为焦耳-楞次定律。

1843年焦耳以蒸汽引擎为研究对象，他发现当时最佳的“可尼斯蒸汽引擎”（Cornish Stream Engines）所产生的热量换算成作功的机械能量，竟然是引擎实际作功的十倍。

1844年焦耳研究空气在膨胀和压缩时的温度变化。通过对气体分子运动速度与温度的关系的研究，焦耳计算出了气体分子的热运动速度值，从理论上奠定了波义耳-马略特和盖-吕萨克定律的基础，并解释了气体对器壁压力的实质。

1847年焦耳通过实验测得热功当量的平均值为423.9千克米/千卡。研究能量守恒及转化定律。

圣安德得烈大学（St. Andrews University）自然哲学系主任出缺，学校接受各方推荐，焦耳成为最佳候选人。

1850年 焦耳入选为英国“皇家协会”的研究员。

1852年焦耳与汤姆生共同发表“气体（二氧化碳）体积膨胀时，会产生温度降低的效应”，后来这又称为“焦耳－汤姆生效应”（Joule-Thomson Effect），这是冷冻工业发展的基石。

1856年焦耳发表“以摄影技术研究流体在河底边界层的摩擦研究”。

1857年焦耳发表“从摄氏0 度到摄氏4 度时水的体积缩小，摄氏4 度以上，水的体积又膨胀。水在摄氏4 度时，密度最大。”

1858年焦耳发表“都市污水最好的处理方法，不是直接倒入河川，而是排入土壤表面，成为土地所需的肥料。”

1859年焦耳发表〈物体在空气中高速运动时表面的散热作用〉。

1860 年焦耳以杰出的研究获选为“曼彻斯特文学与哲学学会”（Manchester Literary and Philosophical Society）主席，同时担任圣安娜教会（St. Ann Church）的科学讲座。

1870年1870年以后，焦耳就很少发表新的研究报告，他仔细反复地量测他年轻时所做的研究。

1872年焦耳向政府建议成立“国家科学会”（Board of Science）

1873年经常性的流鼻血干扰了焦耳的研究能力。

1978年焦耳60岁时发表了他的最后一篇论文。

1882年焦耳辞去“曼彻斯特文学与哲学学会”主席的工作。

1889年10月11日焦耳病逝，死前留下一张纸条，写着：“我已感到科学逐渐走向一个危机－科学的误用。”

詹姆斯·普雷斯科特·焦耳 - 成就

1840年12月，他在英国皇家学会上宣读了关于电流生热的论文，提出电流通过导体产生热量的定律；由于不久 э . х . 楞次 也独立地发现了同样的定律，而被称为焦耳-楞次定律。

热功当量的测定

焦耳的主要贡献是他钻研并测定了热和机械功之间的当量关系。这方面研究工作的第一篇论文《关于电磁的热效应和热的功值》，是1843年在英国《哲学杂志》第23卷第3辑上发表的。此后，他用不同材料进行实验，并不断改进实验设计，结果发现尽管所用的方法、设备、材料各不相同，结果都相差不远；并且随着实验精度的提高，趋近于一定的数值。最后他将多年的实验结果写成论文发表在英国皇家学会《哲学学报》1850年第140卷上，其中阐明：第一，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。第二，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。他精益求精，直到1878年还有测量结果的报告。他近40年的研究工作，为热运动与其他运动的相互转换，运动守恒等问题，提供了无可置疑的证据，焦耳因此成为能量守恒定律的发现者之一。

1852年焦耳和w. 汤姆孙 （即开尔文）发现气体自由膨胀时温度下降的现象，被称为焦耳-汤姆孙效应。这效应在低温和气体液化方面有广泛应用。他对蒸汽机的发展作了不少有价值的工作。

焦耳于1850年当选为英国皇家学会会员。1866年由于他在热学、热力学和电方面的贡献，皇家学会授予他最高荣誉的科普利奖章（Copley Medal）。后人为了纪念他，把能量或功的单位命名为“焦耳”，简称“焦”；并用焦耳姓氏的第一个字母“J”来标记热量。

无论是在实验方面，还是在理论上，焦耳都是从分子动力学的立场出发，进行深入研究的先驱者之一。在从事这些研究的同时，焦耳并没有间断对热功当量的测量。

在去世前两年，焦耳对他的弟弟的说，“我一生只做了两三件事，没有什么值得炫耀的。”相信对于大多数物理学家，他们只要能够做到这些小事中的一件也就会很满意了。焦耳的谦虚是非常真诚的。很可能，如果他知道了在威斯敏斯特教堂为他建造了纪念碑，并以他的名字命名能量单位，他将会感到惊奇，虽然后人决不会感到惊奇。

十八世纪，人们对热的本质的研究走上了一条弯路，“热质说”在物理学史上统治了一百多年。虽然曾有一些科学家对这种错误理论产生过怀疑，但人们一直没有办法解决热和功的关系的问题，是英国自学成才的物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳为最终解决这一问题指出了道路。