切削下来的金属屑截面微观机械样品加工分析显微镜
杰明·富兰克林( Benj amin Franklin)发展了一个理论，认为电是
一种不可见的流体。富兰克林假设在带正电荷的物体中这种流体“太多”
，而带负电荷的物体中这种流体“太少”+。当这样的物体相互接触，流体
从一个流向另一个，就像将一个存有压缩空气的汽缸和一个气球连接起来
然后打开阀门。而不太被记起的是富兰克林与大部分同时代的人一样，对
热抱有相似的观念。在这个图景中，热也是一种不可见的流体，在热物体
中“太多”，在冷物体中“太少”。让这样的物体相接触，流体将会流动
直到每个物体中的液体有相同的“压强”——或者说，直到两个物体有相
同的温度。
热的流体理论表面上看来有一点道理。一个大的物体比小的物体需要
更多
的热流来将其温度升高一度。这类似于一个大的气球比一个小的气球需
要更多的空气使其内部气压增加到，例如，1.1倍于大气压。然而，今天我
们相信富兰克林关于电的理论完全是正确的，但热的流体理论则完全错误
。这些看法上的改变源于何处呢？与富兰克林同时代的汤普森(Benjamin T
hompson)也对热的问题感兴趣。1775年，在他匆忙离开美洲的殖民地以后
（那时他是英国的间谍），汤普森最终成为巴伐利亚公爵的一名宫廷将军
。他在宫廷中的职务为武器制造。在给加农炮炮筒镗孔（钻孔）时，一个
奇怪现象引起了他的好奇。钻孔需要做很多功，在那个年代是用马匹来提
供的。同时摩擦也产生了很多热量。如果热是一种流体，可以预期摩擦能
将其从一个物体转移到另一个物体，正如你给猫梳毛时，梳子和猫将会带
相反的电荷。但是在加农炮炮筒变热的过程中，钻头并没有变冷！它们全
都变热了。此外，热的流体理论似乎暗示最终加农炮炮筒将耗尽它的热流
而不能再继续摩擦生热了。但汤普森观察到的并非如此。水浴中的一个炮
筒产生的热量足以使周围的水沸腾。将水浴换成冷水，最终也会沸腾，而
且可以反复进行下去。在对水的加热上，一个崭新的加农炮炮筒相比于一
个已经使很多升水沸腾过的炮6 简，既不更好也不更差。汤普森还称量了
切削下来的金属屑的质量，而且发现这一质量加上钻孔后炮筒的质量就等
于原来炮筒的质量，因此并没有材料物质损失。
然而汤普森注意到，如果停止对系统做功，则摩擦生热也立刻停止。
这是一个很有启发性的观察。随后，焦耳（James Joule）和亥姆霍兹(Her
mann vonHelmholtz)在1847年独立发表的工作大大前进了一步。焦耳和亥
姆霍兹将汤普森的定性观察提高到了定量的定律：摩擦产生的热等于克服
摩擦所做的功与一个常数的积，或者产生的热一输入的机械能×0. 24 cal
/J。 (1.2)先解释一下这个类似于速记的公式。测量热的单位是卡(cal
orie)：1 cal约等于让。富兰克林对电荷符号的约定是不合适的。现在我
们知道，他的约定中的主要栽流子即电子，实际上带一个单位的负电。因
此，更精确的表达应该是正电物体带有的电子太少，而负电物体带有的电
子太多。
