论摩擦激起的热源

《论摩擦激起的热源》^[1]（英语：An Experimental Enquiry Concerning the Source of the Heat which is Excited by Friction^[2]，也称为伦福德的炮筒镗孔摩擦生热实验^[3]）（1798），是由伦福德最早发表在《自然科学会报》^[4] 上的一篇论文，这篇论文向当时的热质理论抛出了一个重大难题，并引发了19世纪的热力学革命。

本杰明·汤姆生，亦被广泛称为伦福德伯爵

背景

主条目：热质说

热质说是一种曾用来解释热的物理现象的理论。此理论认为热是一种称为“热质”（caloric）的流体物质，热质会由温度高的物体流到温度低的物体，也可以穿过固体或液体的孔隙中。

伦福德是热质说的反对者，他在当时经过研究后认为，所有的气体和液体都是绝对不导热的。由于他的观点过于超前，不被当时的科学界认可，并遭到约翰·道尔顿^[4]和约翰·莱斯利^[5]等人的批评。

由于伦福德受天主教的目的论论证^[6]影响很深，他可能希望授予水某种特殊的导热权^[4]。

尽管伦福德试图将热量与运动建立联系，不过没有证据表明他研究过分子运动论或是活力理论。

在这篇论文中，伦福德承认他曾认为热是运动过程的一部分^[7]。这与弗兰西斯·培根^[8]、罗伯特·波义耳^[9]、罗伯特·胡克^[10]、约翰·洛克^[11]和亨利·卡文迪什^[12]过去的一些观点不谋而合。

实验

伦福德观察了慕尼黑兵工厂加农炮镗孔（英语：Boring (manufacturing)）过程中摩擦生热的一些过程后进行了这个实验。他将一个加农炮筒浸入水中，并准备了一种特别钝的镗钻机。在这种情况下他不断的用钻机摩擦炮筒，钻出大量高热量的碎屑，并发现大概两个半小时后水沸腾了^[1][2]。但问题在于，通过比较炮筒的比热容可以发现，这个过程中炮筒并没有损失能将水加热水平质量的物质来加热水，这与热质说的结论不符。

伦福德认为，看似无限的热量生成与热质理论不吻合。他认为在这个过程中唯一进行的操作只是运动和摩擦，因此他认为热不可能是物质而有可能是运动。

伦福德甚至粗略估计出产生1开尔文的热需要5.5焦耳的机械能，但他并未尝试进一步量化所产生的热量或测量热量的机械当量^[3]。

影响

焦耳测量热功当量的仪器

大多数当时的科学家认为热质说的确存在不完善之处，可以通过进一步完善该理论来适应该实验的结果，这一派科学家包括威廉·亨利^[13]和托马斯·汤普森（英语：Thomas Thomson (chemist)）。此外，汤普森^[14]、永斯·贝采利乌斯和安东尼·塞瑟（英语：Antoine César Becquerel）发现了电似乎也能由摩擦“无限产生”。在当时没有一个科学家愿意承认电不是一种流体。

最终，伦福德声称的“无限生成”的热量被认为是该研究的鲁莽外推。查尔斯·海尔戴特（英语：Charles Haldat）批评，伦福德的实验可重复性（英语：reproducibility）十分差^[15]，整个实验看起来有一些偏见^[4]。

然而，伦福德的实验给了焦耳灵感，1840年代焦耳再次精确的做了一次本实验，这次他用上了测定热量的仪器，最终在热质说的基础上建立了分子运动论这门科学。