能量守恒定律的例子（自然规律与平衡）

物质的能量守恒定律，是19世纪自然科学的“三大发现”之一，也是继牛顿建立力学理论体系以来物理学的最大成就。它的发现，揭示了热、机械、电、化学等各种运动形式之间的统一性，使物理学达到空前的统一和综合。这一伟大的自然规律，是19世纪40年代不同国家的好几位科学家先后独立发现的。

能量守恒定律的意思是：自然界存在一种同物体的运动相联系的能量，这种能量的总和保持不变。

19世纪三四十年代，自然科学中不仅机械运动的研究取得了长足的进步，其他如分子热运动、化学运动、电运动等诸领域的研究也都相继展开，而且陆续发现了一系列规律。随着研究的进一步深入和拓展，许多科学家开始思考一个崭新的问题：这些不同形式的运动之间有没有联系呢？是相互孤立的还是相互统一的？

1840年，德国医生迈尔乘上一艘从荷兰开往爪哇的轮船。出于职业的本能，迈尔惊讶地注意到，船员们的静脉血的颜色明显比在欧洲时红。难道跟地理区域有关系？迈尔饶有兴趣地思考着这个现象，静脉血变红，必然是由于红色的动脉血中消耗的氧气减少的缘故。而动脉血中氧气消耗减少，必然是因为新陈代谢的速率降低了。降低的原因是什么呢？

迈尔继续思考着：“这一定是因为船员们现在身处热带地区，维持体温所需要的新陈代谢也减少了。”由此，迈尔进一步认识到，体力和体热都必定来源于食物中所含的化学能。如果动物体的能量输入同支出是平衡的，那么所有这些形式上的能在量上必定是守恒的。

在这基础上，迈尔又从理论上具体地论证机械能、热、化学能、电磁能等都可以相互转化，并且推算出热的机械当量。1842年，他把自己的发现和论证写成一篇论文。

几乎与此同时，著名英国物理学家焦耳也开始研究物质运动之间的关系。焦耳的研究方法与迈尔有所不同，他采取的是严格进行定量实验分析的方法。焦耳对由电流激起的热量进行试验，测定热量与电流强弱和时间的相关性。在研究电流的热效应过程中，焦耳测定了电热当量。

1842年，焦耳继续研究机械热当量。为了准确测定量值，焦耳设计了一个特殊的实验。他用一个保温性能良好的容器装上水，再浸入一个叶轮。叶轮由绳筒带动，而绳筒本身又与下垂的重锤相连接。然后他用重锤下落所做的功和叶轮转动使液体温度升高的办法来求出热功当量。经测定，焦耳发现427千克米的功可以产生1千卡的热量。

但是，焦耳和迈尔一样，研究成果起初都未引起人们应有的重视。

还有俄国化学家赫斯、德国物理学家霍耳兹曼、丹麦工程师柯耳丁、德国生理物理学家亥姆霍兹、法国物理学家伊伦，他们都在19世纪40年代至50年代初独立地发表过有关能量守恒的论文。这么多不同学科的科学家们，在差不多同一时期内独立地发现了物质运动之间能量的守恒性。有鉴于此，物理学就把这些各自不同的发现综合归纳为能量守恒定律。

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