焦耳這個詞有些拗口。所以人們有時候就叫“焦”。它是一個能量的單位。把1公斤重的物體提起來需要多少焦？把1升水煮開需要多少焦？

推動一個質量為1公斤（kg）的物體，使之産生每秒平方1米（m/s2）的加速度所需要的力是1牛頓（N）；在這個力的作用下，物體移動了1米所需要的能量就是1焦。它的符号是“J”。

詹姆斯·焦耳

焦耳因英國科學家詹姆斯·焦耳（James Prescott Joule，1818—1889）得名。焦耳出身于工業名城曼徹斯特。他的父親繼承家族生意，制作啤酒并經營一個酒館，家道殷實。焦耳年輕的時候身體不好，父親就安排他在家自學，後來又到附近的一個家庭學校學習。焦耳16歲時有幸跟随著名科學家約翰·道爾頓（John Dalton，1766—1844）學習，很快就迷上科學技術，特别是電學。有一次他哄得家中的女工幫他做實驗，把那女工電得當場昏了過去。

英國化學家約翰·道爾頓，提出了關于原子論以及原子量計算的見解

1835年，焦耳進入曼徹斯特大學讀書，在大學期間就發表了一篇學術論文。他畢業後回家經營家族的生意，業餘時間做科研。1840年，他做了一個實驗：把一個環形的金屬線圈放在裝了水的容器中（這和一些老式的電水壺很相似），一面調節電流的大小，一面測量水的溫度，從而得到了著名的焦耳定律：

其中，Q為熱能，單位就是焦耳（J）；I是電流，單位是安培（A）；R是電阻，單位是歐姆（Ω）；t是時間，單位是秒（s）。焦耳滿懷高興地在英國皇家學會上宣讀了自己的論文，但得到的反響卻十分冷淡。這首先是因為22歲的焦耳隻是個業餘科學家，人們沒有把他論文當作一回事。另外，人們也未能了解焦耳定律的重要。當時，力學、熱力學、電磁學各成一體，互不相幹。焦耳定律貌似簡單，但卻把熱力學與電磁學聯系在一起。這是世界首創。

焦耳的機械和熱能轉換裝置

1847年，焦耳做了一個新的實驗。這次他把一個帶葉片的轉軸放在裝了水的容器中，并用一個下墜的重物驅動轉軸旋轉，然後測量水的溫度。轉軸的葉片攪動容器中的水，因此把機械能轉換成了熱能。這一實驗證明了力學和熱力學之間的轉換。當他再次在英國皇家學會宣讀他的論文時，人們開始認識到能量轉換的重要性。但也有人質疑焦耳的測量結果，轉軸旋轉所産生的能量有限，水溫升高不大，難以準确測量。焦耳聲稱他的測量精度可達二百分之一度（℉），這個精度難以置信。實際上焦耳一直在啤酒廠工作，要保證啤酒的質量，需要精确測量溫度。他還有一位好朋友是制作測量儀器的專家。但要達到二百分之一度的精度确實很難。

威廉·湯姆森，愛爾蘭的數學物理學家、工程師，被稱為熱力學之父。

這一年，焦耳與阿米莉娅·葛萊姆絲（Amelia Grimes）成親。在度蜜月時，焦耳偶遇威廉·湯姆森（William Thompson，1824—1907），即開爾文勳爵。兩人讨論起能量轉換，馬上去附近的一個瀑布做了一個實驗，想看看瀑布中水的動能是不是會增加水的溫度。不過瀑布的環境太複雜，實驗沒有什麼結果。焦耳和開爾文勳爵繼續合作了數年，發現了焦耳¾湯普森效應：壓縮氣體在快速降低壓力時氣體的溫度會迅速下降。我們今天用的空調機用的就是這一效應。此外，這個效應還證明了分子運動産生熱，是熱力學的基礎理論。

1850年，焦耳入選皇家學會院士，不久他賣掉了他的啤酒廠，專注于科學研究。這一年他發表另一篇重要文章，其中講述了熱功當量（Mechanical Equivalent of Heat）：要産生使1磅水增加1華氏度的熱量，需要耗費772磅重物下降1英尺的機械功。在後來的數十年中，他用大量的時間做實驗，直到1878年還有測量結果的報告，最後測得的結果是772.55磅。

焦耳的工作為能量守恒的科學思想奠定了基礎：能量既不會憑空産生，也不會憑空消失；它隻能從一種形式轉化成另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，而且能量的總量保持不變。這就是我們今天說的熱力學第一定律。

焦耳生性謙虛，生活簡樸。1854年，焦耳的妻子不幸早逝。他也沒有再婚。他把家族生意賣掉後得到的錢都用到研究上，幾乎變得生活拮據。1875年，他得到英國皇室的每年2百英鎊的專門年薪，才得以衣食無憂。到了晚年，他的身體越來越差。1889年，他在家中安然逝世，終年71歲。同年，國際電氣議會（International Electrical Congress）在巴黎開會，确定把“焦耳”定義為能量的單位。但是焦耳已經不知道了。焦耳的墓碑的碑首刻着熱功當量的數字：772.55。

熱功當量J = 427千克力·米/千卡 = 4.1840焦耳/卡。

焦耳的墓碑

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