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主题:“暗辨桐声自作琴”(物理名词)

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“暗辨桐声自作琴”(物理名词)  发帖心情 Post By:2008-12-12 8:25:18

“暗辨桐声自作琴”(物理名词)焦耳定律

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张籍

 

《送杨州判官》 

张籍

应得烟霞出俗心,茅山道士共追寻。闲怜鹤貌偏能画,
暗辨桐声自作琴。长啸每来松下坐,新诗堪向雪中吟。
征南幕里多宾客,君独相知最校深。

[此贴子已经被作者于2009-9-9 17:20:14编辑过]

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焦尾琴

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   焦尾琴
  中国古代有“四大名琴”之说,齐桓公的“号钟”,楚庄公的“绕梁”,司马相如的“绿绮”和蔡邕的“焦尾琴”。
  据《后汉书·蔡邕列传》记载:[/font]吴人有烧桐以爨者,邕闻火烈之声,知其良木,因请而裁为琴,果有美音,而其尾扰焦,故时人名曰“焦尾琴”焉。初,邕在陈留也,其邻人有以酒食召邕者,比往而酒已酣焉。客有弹琴于屏,邕至门试潜听之,曰:“嘻!以乐召我而有杀心,何也?”遂反。将命者告主人曰:“蔡君向来,至门而去。”邕素为乡邦所宗,主人遽自追而问其故,邕具以告,莫不怃然。弹琴者曰:“我向鼓弦,见螳螂方向鸣蝉,蝉将去而未飞,螳螂为之一前一却。吾心耸然,惟恐螳螂之失之也,此岂为杀心而形于声者乎?”邕莞然而笑曰:“此足以当之矣。”
  翻译:吴地(今江浙一带)有个人烧梧桐木做饭,蔡邕听到火烧木材发出的巨大声响,知道这是一块好木材,因此讨来做成一把琴,果然声音很好听,但是木头的尾部依然被烧焦了,所以当时人们叫它焦尾琴”。起初,蔡邕住在陈留,他有个邻居准备了酒菜请他来赴宴,他去的时候邻居已经喝得兴起了。坐上有个客人在屏风后面弹琴,蔡邕到了邻居门口偷偷一听,说:“啊!用音乐来请我却有杀气,这是问什么?”于是回去了。请他的人告诉主人说:“蔡先生刚来,到门口又走了。”蔡邕向来被乡里人尊崇,主人赶紧追赶并问起原因,蔡邕把事情都告诉了他,大家都感到扫兴。弹琴的客人说:“我刚才弹琴的时候,看见一只螳蜋正要扑向鸣蝉,蝉将飞走还没有飞走,螳蜋的动作一前一后。我的心感到耸然,只担心螳蜋丧失了机会,这难道是杀气通过声音表达出来吗?”蔡邕莞然而笑说:“这足以表明了。”
  汉末,蔡邕遇害后,焦尾琴保存在皇家内库之中。据说齐明帝在位时,曾取出焦尾琴请古琴高手王促雄弹奏。王仲雄连续弹奏了五天,并即兴创作了《懊恼曲》献给明帝。后传至南唐中主李璟手中,后又赠与小周后。李煜死后归宋室所有。据传,明朝昆山人王逢年还收藏着蔡邕制造的焦尾琴。
  又称“烧槽琵琶”
  后遂用"焦尾琴,焦尾,焦桐,焦琴”等指美琴,或比喻历尽磨难的良才,未被赏识的宝器;用“桐尾焦,桐爨,爨下桐,爨下残,爨下余,良才入爨”写良才不得其用,或比喻遭受摧残,幸免于难。

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袁枚《随园诗话卷一》

一O

  己未朝,考题是《赋得“因风想玉珂”》。余欲刻画“想”字,有句云:“声疑来禁院,人似隔天河。”诸总裁以为语涉不庄,将置之孙山。大司寇尹公,与诸公力争曰:“此人肯用心思,必年少有才者;尚未解应制体裁耳。此庶吉士之所以需教习也。倘进呈时,上有驳问,我当独奏。”群议始息。余之得与馆选,受尹公知,从此始。未几,上命公教习庶吉士。余献诗云:“琴爨已成:“琴爨已成焦尾断,风高重转落花红。”

    原诗:

    前诗书就,纸犹未尽 忆己末廷试诗题:“因风想玉珂”,枚赋得云“声疑来上苑,人似隔天河。”大司马甘公嫌语涉不庄,几遭驳放。公力争良久,始得入选。追思微名所自,馀感迭增,续书一首。(袁枚)

    “宜春小殿凤楼东,学赋清平调未工。琴爨已成焦尾断,风高重转落花红。追思往事疑天上,再说前朝似梦中。唱到刘歊知己赋,海波易尽曲难终。”

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焦耳定律

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焦耳定律是定量说明传导电流电能转换为热能的定律。
  1841年,英国物理学家焦耳发现载流导体中产生的热量Q(称为焦耳热)与电流 I 的平方、导体电阻R、通电时间t成正比,这个规律叫焦耳定律
  采用国际单位制,其表达式为Q=I^2×Rt或热率P=I^2×R其中Q、I、R、t、P各量的单位依次为焦耳安培欧姆瓦特
  焦耳定律是设计电照明,电热设备及计算各种电气设备温升的重要公式
  焦耳定律在串联电路中的运用:
  在串联电路中,电流是相等的,则电阻越大时,产生的热越多。
  焦耳定律在并联电路中的运用:
  在并联电路中,电压是相等的,通过变形公式,W=Q=Pt=U^2/R×t,当U定时,R越大则Q越小。
  需要注明的是,焦耳定律与电功公式W=UIt适任何元件及发热的计算,即只有在像电热器这样的电路(纯电阻电路)中才可用Q=W=UIt=I^2Rt=U^2/R×t。
  另外,焦耳定律还可变形为Q=IRQ(后面的Q是电荷量,单位库仑(c))。
  图为焦耳定律的实验图。
  1.正确理解和使用焦耳定律
  焦耳定律是一个实验定律,它的适用范围很广。遇到电流热效应的问题时,例如要计算电流通过某一电路时放出热量;比较某段电路或导体放出热量的多少,即从电流热效应角度考虑对电路的要求时,都可以使用焦耳定律。
  从焦耳定律公式可知,电流通过导体产生的热量跟电流强度的平方成正比、跟导体的电阻成正比、跟通电时间成正比。
  若电流做的功全部用来产生热量。即W=UIt。
  根据欧姆定律,有W=I^2Rt。
  需要说明的是W=U^2/R×t和W=I^2R×t不是焦耳定律,它们是从欧姆定律推导出来的,只能在电流所做功将电能全部转化为热能的条件下才成立。对电炉电烙铁电灯这类用电器,这两公式和焦耳定律是等效的。
  使用焦耳定律公式进行计算时,公式中的各物理量要对应于同一导体或同一段电路,与欧姆定律使用时的对应关系相同。当题目中出现几个物理量时,应将它们加上角码,以示区别。
  注意:W=UIt=Pt适用于所有电路,而W=I^2Rt=U^2/R×t只用于纯电阻电路(全部用于发热)。

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焦耳

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     焦耳 James Prescot Joule (1818-1889)
  能量、功、热的单位(J) 
  1牛顿力的作用点在力的方向上移动1米距离所作的功,即1J=1N·m
  英国著名物理学家,十八世纪,人们对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( James Prescott Joule )为最终解决这一问题指出了道路。
  焦耳1818年12月24日生于英国曼彻斯特,他的父亲是一个酿酒厂主。焦耳自幼跟随父亲参加酿酒劳动,没有受过正规的教育。青年时期,在别人的介绍下,焦耳认识了著名的化学家道尔顿。道尔顿给予了焦耳热情的教导。焦耳向他虚心学习了数学哲学化学,这些知识为焦耳后来的研究奠定了理论基础。而且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。
  焦耳最初的研究方向是电磁机,他想将父亲的酿酒厂中应用的蒸汽机替换成电磁机以提高工作效率。1837年,焦耳装成了用电池驱动的电磁机,但由于支持电磁机工作的电流来自锌电池,而锌的价格昂贵,用电磁机反而不如用蒸汽机合算。焦耳的最初目的虽然没有达到,但他从实验中发现电流可以做功,这激发了他进行深入研究的兴趣。
  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。通过这一实验,他发现:导体在一定时间内放出的热量与导体的电阻及电流强度的平方之积成正比。四年之后,俄国物理学家楞次公布了他的大量实验结果,从而进一步验证了焦耳关于电流热效应之结论的正确性。因此,该定律称为焦耳—楞次定律。
  焦耳总结出焦耳—楞次定律以后,进一步设想电池电流产生的热与电磁机的感生电流产生的热在本质上应该是一致的。1843年,焦耳设计了一个新实验。将一个小线圈绕在铁芯上,用电流计测量感生电流,把线圈放在装水的容器中,测量水温以计算热量。这个电路是完全封闭的,没有外界电源供电,水温的升高只是机械能转化为电能、电能又转化为热的结果,整个过程不存在热质的转移。这一实验结果完全否定了热质说。
  上述实验也使焦耳想到了机械功与热的联系,经过反复的实验、测量,焦耳终于测出了热功当量,但结果并不精确。1843年8月21日在英国学术会上,焦耳报告了他的论文《论电磁的热效应和热的机械值》,他在报告中说1千卡的热量相当于460千克米的功。他的报告没有得到支持和强烈的反响,这时他意识到自己还需要进行更精确的实验。
  1844年,焦耳研究了空气在膨胀和压缩时的温度变化,他在这方面取得了许多成就。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。焦耳在研究过程中的许多实验是和著名物理学家威廉·汤姆生(后来受封为开尔文勋爵,既JJ·汤姆逊)共同完成的。在焦耳发表的九十七篇科学论文中有二十篇是他们的合作成果。当自由扩散气体从高压容器进入低压容器时,大多数气体和空气的温度都要下降,这一现象就是两人共同发现的。这一现象后来被称为焦耳—汤姆生效应。
  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。1847年,焦耳做了迄今认为是设计思想最巧妙的实验:他在量热器里装了水,中间安上带有叶片的转轴,然后让下降重物带动叶片旋转,由于叶片和水的摩擦,水和量热器都变热了。根据重物下落的高度,可以算出转化的机械功;根据量热器内水的升高的温度,就可以计算水的内能的升高值。把两数进行比较就可以求出热功当量的准确值来。
  焦耳还用鲸鱼油代替水来作实验,测得了热功当量的平均值为423.9千克米/千卡。接着又用水银来代替水,不断改进实验方法,直到1878年,这时距他开始进行这一工作将近四十年了,他已前后用各种方法进行了四百多次的实验。他在1849年用摩擦使水变热的方法所得的结果跟1878年的是相同的,即为423.9千克重米/千卡。一个重要的物理常数的测定,能保持三十年而不作较大的更正,这在物理学史上也是极为罕见的事。这个值当时被大家公认为热功当量J的值,它比现在J的公认值 ——427千克米/千卡约小0.7%。在当时的条件下,能做出这样精确的实验来,说明焦耳的实验技能是多么的高超啊!
  然而,当焦耳在1847年的英国科学学会的会议上再次公布自己的研究成果时,他还是没有得到支持,很多科学家都怀疑他的结论,认为各种形式的能之间的转化是不可能的。直到1850年,其他一些科学家用不同的方法获得了能量守恒定律和能量转化定律,他们的结论和焦耳相同,这时焦耳的工作才得到承认。
  1850年,焦耳凭借他在物理学上作出的重要贡献成为英国皇家学会会员。当时他三十二岁。两年后他接受了皇家勋章。许多外国科学院也给予他很高的荣誉。虽然焦耳不断进行着他的实验测量工作,遗憾的是,他的科学创造性,特别是在物理概念方面的创造性,过早地就减少了。1875年,英国科学协会委托他更精确地测量热功当量。他得到的结果是4.15,非常接近目前采用的值1卡=4.184焦耳。1875年,焦耳的经济状况大不如前。这位曾经富有过但却没有一定职位的人发现自己在经济上处于困境,幸而他的朋友帮他弄到一笔每年200英镑的养老金,使他得以维持中等但舒适的生活。五十五岁时,他的健康状况恶化,研究工作减慢了。1878年当他六十岁时,焦耳发表了他的最后一篇论文。1878年,焦耳退休。
  焦耳活到了七十一岁。1889年10月11日,焦耳在索福特逝世。后人为了纪念焦耳,把功和能的单位定为焦耳。
  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,他将会感到惊奇的,虽然后人决不会感到惊奇。
  焦耳定律
  载流导体中产生的热量Q(称为焦耳热)与电流 I 的平方、导体的电阻R、通电时间t成正比
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