論摩擦激起的熱源

《論摩擦激起的熱源》^[1]（英語：An Experimental Enquiry Concerning the Source of the Heat which is Excited by Friction^[2]，也稱為倫福德的炮筒鏜孔摩擦生熱實驗^[3]）（1798），是由倫福德最早發表在《自然科學會報》^[4] 上的一篇論文，這篇論文向當時的熱質理論拋出了一個重大難題，並引發了19世紀的熱力學革命。

班傑明·湯姆生，亦被廣泛稱為倫福德伯爵

背景

主條目：熱質說

熱質說是一種曾用來解釋熱的物理現象的理論。此理論認為熱是一種稱為「熱質」（caloric）的流體物質，熱質會由溫度高的物體流到溫度低的物體，也可以穿過固體或液體的孔隙中。

倫福德是熱質說的反對者，他在當時經過研究後認為，所有的氣體和液體都是絕對不導熱的。由於他的觀點過於超前，不被當時的科學界認可，並遭到約翰·道爾頓^[4]和約翰·萊斯利^[5]等人的批評。

由於倫福德受天主教的目的論論證^[6]影響很深，他可能希望授予水某種特殊的導熱權^[4]。

儘管倫福德試圖將熱量與運動建立聯繫，不過沒有證據表明他研究過分子運動論或是活力理論。

在這篇論文中，倫福德承認他曾認為熱是運動過程的一部分^[7]。這與弗蘭西斯·培根^[8]、羅伯特·波義耳^[9]、羅伯特·胡克^[10]、約翰·洛克^[11]和亨利·卡文迪什^[12]過去的一些觀點不謀而合。

實驗

倫福德觀察了慕尼黑兵工廠加農炮鏜孔（英語：Boring (manufacturing)）過程中摩擦生熱的一些過程後進行了這個實驗。他將一個加農炮筒浸入水中，並準備了一種特別鈍的鏜鑽機。在這種情況下他不斷的用鑽機摩擦炮筒，鑽出大量高熱量的碎屑，並發現大概兩個半小時後水沸騰了^[1][2]。但問題在於，通過比較炮筒的比熱容可以發現，這個過程中炮筒並沒有損失能將水加熱水平質量的物質來加熱水，這與熱質說的結論不符。

倫福德認為，看似無限的熱量生成與熱質理論不吻合。他認為在這個過程中唯一進行的操作只是運動和摩擦，因此他認為熱不可能是物質而有可能是運動。

倫福德甚至粗略估計出產生1開爾文的熱需要5.5焦耳的機械能，但他並未嘗試進一步量化所產生的熱量或測量熱量的機械當量^[3]。

影響

焦耳測量熱功當量的儀器

大多數當時的科學家認為熱質說的確存在不完善之處，可以通過進一步完善該理論來適應該實驗的結果，這一派科學家包括威廉·亨利^[13]和托馬斯·湯普森（英語：Thomas Thomson (chemist)）。此外，湯普森^[14]、永斯·貝采利烏斯和安東尼·塞瑟（英語：Antoine César Becquerel）發現了電似乎也能由摩擦「無限產生」。在當時沒有一個科學家願意承認電不是一種流體。

最終，倫福德聲稱的「無限生成」的熱量被認為是該研究的魯莽外推。查爾斯·海爾戴特（英語：Charles Haldat）批評，倫福德的實驗可重複性（英語：reproducibility）十分差^[15]，整個實驗看起來有一些偏見^[4]。

然而，倫福德的實驗給了焦耳靈感，1840年代焦耳再次精確的做了一次本實驗，這次他用上了測定熱量的儀器，最終在熱質說的基礎上建立了分子運動論這門科學。