物理史話之氣體的體積和壓力是有關係的馬略特

我們在日常生活中,會有這樣的經驗,當我們在給自行車打氣的時候,打氣筒越往下壓,感覺氣筒把越沉,越難壓下。我們憑著生活的經驗知道,當氣筒把向下壓的時候,氣筒內的氣體被壓縮了,所以才會顯得難以壓下。那麼氣體的體積和壓力之間究竟是一個什麼關係呢?它們之間的換算公式又是由誰最先發現的呢?且聽科普君為你一一道來。

物理史話之氣體的體積和壓力是有關係的馬略特

埃德蒙·馬略特

埃德蒙·馬略特於1620年出生在法國的第戎,他的父親是當地的一個市的管理員,馬略特是五個孩子中的最小的一個。關於馬略特早年的生平,我們並不是很清楚,只知道他的頭銜"查茲伊先生"是在1682年他的哥哥去世之後,從他哥哥那裡繼承來的。其他的事情,我們一概不知。有關於馬略特的最早的記載是在1666年,他接受科爾伯特(法國政治家,路易十四的財政大臣,曾擔任法蘭西學院院士,創辦了法國科學院)的邀請,參加法國科學院的創建工作,馬略特是法國科學院創始人之一,同時也是法國科學院最早的一批院士之一。馬略特在青年時代醉心於科學技術和神學,他的知識面非常廣泛,涉及到了力學、光學、植物學、氣象學和方法論等。

物理史話之氣體的體積和壓力是有關係的馬略特

法國科學院

馬略特現在已知的最早的一本著作是在1667年出版的關於植物學方面的書,1668年,他又發現了眼睛盲點的存在,1673年,他又發表了關於物體碰撞性質的著作。

馬略特在物理學上最突出的貢獻是1676年發表在《氣體的本性》論文中的定律:一定質量的氣體在溫度不變時其體積和壓強成反比。馬略特在論文中是這樣描述的: "用一根40英寸長的玻璃管,將水銀注入到27.5英寸高,於是管內還有12.5英寸是空氣。當我將該管浸人容器的水銀中1英寸時,剩下39英寸的管中只有14英寸是水銀,25英寸是空氣。它比原來空氣膨脹了1倍。"根據重複實驗得出結論:"空氣的稠密程度與其負載的重量成比例是一種固定的規律或自然律。"他還預言了這個定律的各種應用,例如他指出可根據氣壓計的讀數來計算地方的高度。他測量了很深的地下室中的水銀柱高度,和坐落在巴黎高地的氣象觀測站中的水銀柱高度,通過比較獲得了用氣壓計估計高度的近似公式。實際上這個定律早在1661年就被英國科學家玻意耳首先發現了,因而被稱之為玻意耳定律。馬略特的發現要比玻意耳至少晚了14年,但是這個定律是他獨立發現的,並且比玻意耳的定律更加的深刻和完整,因此在法國通常稱之為馬略特定律。馬略特明確地指出了溫度不變是該定律的適用條件,實驗數據令人信服,因此這一定律後被稱為玻意耳--馬略特定律。

物理史話之氣體的體積和壓力是有關係的馬略特

玻意耳定律

馬略特對流體力學進行了深入的實驗研究,並將結果寫成題為《論水和其他流體的運動》的著作,該書在馬略特身後的1686年發表。其中特別討論了流體的摩擦問題。解決了當時流體研究中理論與實驗結果之間存在的許多差異。他發現:流體要在一定壓力下才能流動,並給出了計算管壁壓強的公式。對於管中流體的運動、噴水的高度等問題,都從理論和具體技術上進行了研究,推進了流體力學的發展。他還研究了春潮時期的水源問題,根據對塞納河流域的水量的粗略估計,得出了春潮來源於雨水和冰雪融化的結論。他還結合水力學研究了材料強度問題。

馬略特還在1679年發現了火的熱輻射和光線的區別。他指出,火的熱輻射根本通不過玻璃,或者只通過很少一點,而火光卻能通過玻璃。他還用一個冰透鏡,將太陽光聚焦,點燃了放在焦點處的火藥。他先把純水煮沸半小時驅除水中的空氣,然後將水凝固成二、三英寸厚的冰板。這樣做出的冰板幾乎沒有氣泡,非常透明。將做好的冰板放在一個球狀凹陷的小容器裡,並把容器放在火的近旁,不斷翻動冰板,使表面的冰融化,直到冰塊的兩面都呈球狀。再戴上手套握住這塊冰透鏡的邊沿,放在太陽光下面,在焦點附近放上火藥,一會兒火藥就被點著了。

馬略特還從植物研究中推斷出:植物通過化學過程合成各不相同的物質。這一理論在他死後很久才得到證實。他還通過觀察把植物體內液汁的壓力比作動物體內的血壓。


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