我们知道很多机器都用的是水冷设备，比如内燃机，比如马克沁机枪，甚至微软公司将他们的服务器放入海底以获得足够多的水，为什么都要用水作为冷却剂呢？这就要说到一个专业的词汇--比热容了。那么什么是比热容，又是谁发现的呢？带着这些问题，科普君带你一起来了解--英国物理学家、化学家--布莱克。
约瑟夫·布莱克
约瑟夫·布莱克于1728年出生在法国的波尔多城（那个以农药波尔多液闻名的小城），不过他的父母都是苏格兰人的后裔，在波尔多经营酒业，所以从血统上来说，布莱克是苏格兰人。布莱克在12岁的时候回到故乡贝尔法斯特上学，并在16岁的时候考上格拉斯哥大学，主攻医学专业，并对化学产生了浓烈的兴趣。当时著名的化学家威廉·卡伦正好在该校任教，对布莱克产生重要的影响。1752年，布莱克到爱丁堡大学继续深造。后来，布莱克主要在化学方面取得了重大的贡献，比如他发现了"固体气体"的存在，即二氧化碳，他还多方面地研究这种气体的性质，特别是其无助燃性和能为苛性碱所吸收降低其腐蚀作用。从而动摇了当时流行的燃素说，开创了气体化学的新时代。不过由于本文主要讲述布莱克的物理成就，所以化学的就略去不谈了。布莱克在物理学上的主要成就是澄清了热量和温度这两个不同的概念。他由此提出了比热容的理论。创立了测定热量的方法量热术。他还发现并解释了物态相变中的"潜热"，并定量地确定了冰熔解潜热和估计了水汽化潜热的大小，这给予瓦特对其在蒸汽机装上冷凝器的技术改造上以很大的启示。
波尔多城
十八世纪初，由于蒸汽机的出现和在工业上的广泛应用，促使人们对"热"现象的深入研究。布莱克想通过实验来阐明"热的本质"。他通过混合不同比例的热水和冷水，不同温度的水和其他物质，分别用温度计测量它们的温度。如将150°的水银和100°的水等量混合后，温度变成了120°，水银降温30°，而水升温20°。布莱克通过这种混合法对多种物质进行了量热研究，终于发现各种不同的物质加入同量的所谓"热质"后，会变热到不同程度。由此，布莱克推测：相同重量的不同物质，如果被加热到相同的温度时，它们所含的热质的量也是各不相同的。即每种物质的温度升高1°各自吸收的热量是不同的，这就是该物质的"特别热"--比热。他还将热的单位定义为：1磅的水温度升高1℉时所需要的热量。在这个基础上，后来的热学中引进了热量的单位"卡"，这个单位一直沿用到了现在。（燃烧吧！卡路里。卡路里就是这么来的。）在我们已知的物质中，水的比热容是最大的，这也就是说想要将同样质量的物质升高1°，水所需要的热量是最多的。因此，水因其流动性和比热容高的特性而被广泛地用作冷却剂。
比热容实验
在建立比热学说的同时，布莱克又第一次提出了温度和热量是两个不同的概念。在布莱克之前，这两个概念是混淆不清的。1760年，布莱克明确提出，温度指的是热的强度而不是热的数量。布莱克说：若有两份各为一磅同样热的水，总的热量应该是其中一份的两倍，但是如果用温度计放在任意其中一份中，或者两份合并成的两磅水中，表示温度的刻度应该是一样的，但是要加热这两磅水所需要的时间却是其中一磅水的两倍。
布莱克也是最早研究"潜热"学说的人。他观察到生活中的一些现象，比如冰雪在融化时，需要吸收一定的热量，但是它们的温度却没有变高。为了弄清这个问题，布莱克在1760年做了大量的实验，最终确认物质在由固态变为液态，或者由液态变成气态的过程中，尽管温度保持不变，但是还是会吸收一定的热量，反之则会释放等量的热。因为这些热是躲藏或者潜伏在冰所融成的水中，或者在水所化成的汽中，所以他将这些热称为"潜热"。我们现在都知道，当有固定熔沸点的物质在熔点或者沸点时，会吸热并保持固定的温度，直到完全熔化或者完全汽化后，温度才会继续升高。
晶体熔化和凝固曲线
布莱克的比热和潜热理论对蒸汽机的改造和发展起了非常大的作用。当时瓦特正在格拉斯哥大学修理教学仪器，它跟布莱克曾经讨论过改进蒸汽机的问题。布莱克建议瓦特根据蒸汽变成水的潜热和汽缸材料的比热来寻找改进的措施，瓦特沿着布莱克指出的方向，终于发明了分离式的冷凝器，创造出了具有良好效率的蒸汽机，并且很快在全世界得到推广利用，从而引发了第一次"工业革命"，人类从此进入"蒸汽时代"。
瓦特和蒸汽机
1766年，布莱克回到爱丁堡大学，担任首席化学教授的重任，从此一直从事教育工作，为英国和其他许多国家培养了一大批优秀的人才，其中有些是他的助手和合作者。比如在量热研究中，厄尔文曾经协助他做了许多试验。卢塞福在他的指导下发现了氮气。布莱克的学生遍布英国、美国、俄国、法国、瑞士和斯堪的纳维亚半岛的北欧各国，桃李满天下。人们称他为"泛世界主义的教育家"。1799年，布莱克去世，享年72岁。
格拉斯哥大学
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