科学家卡文迪许: 亨利·卡文迪许(又译亨利·卡文迪什,1731年10月10日-1810年2月24日),英国物理学家、化学家。他首次对氢气的性质进行了细致的研究,证明了水并非单质,预言了空气中稀有气体的存在。 亨利.卡文迪许是百万富翁。他一生从事于化学和物理学的研究。他发现了很多前人不知道的事物。亨利生性怪癖,沉默寡言,曾经有科学史家说:"他是有学问的人当中最富有的,也是富人当中最有学问的。"亨利·卡文迪许 一生沉醉于化学当中,为我们后人做出了很多贡献,我们应该尊敬这位伟大的科学家。
你如何看待人们把卡文迪许称为“科学怪人”是因为
为什么称他为“怪人”呢?一是因为他出身贵族,还很有钱,但他一不经商,二不做官,三不交际,过着奇特的隐居生活。他不修边幅几乎没有一件衣服是不掉扣子的,而且穿戴全是上个世纪的打扮。这都是因为他把钱用来买科学仪器和图书。为了搞科学研究,他把客厅改成实验室,还在卧室的床边放着许多观察仪器,以便随时观察天象。卡文迪许对科学痴迷到这种程度,难怪人们会以为他是“科学怪人”。他这种不争名逐利、安于平淡的人生观和价值观深深吸引了我。要知道在竞争异常激烈、适者生存的社会上,这种人实在太少太少了,还有他那种崇尚科学,致力研究的态度也是值得我们学习的。
非常有趣的是,他还不近女色,终身没有结婚。家里虽有女佣,但又规定不许与他见面。每天早上,他把吩咐女佣办的事写在纸条上,放在固定的地方。吃饭时,女佣摆好菜,退出餐厅后,他才过来吃饭。等他离开后,女佣才能进来收拾东西。他这种近乎变态的举动,确实很难理解。但仔细想想,似乎又有点理解他了。人们总说世上的事最麻烦的莫过于感情上的事了,那是剪不断,理还乱,最容易分心伤神。也许他正是害怕自己陷入感情的漩涡中无法自拔,所以才选择远远的逃避吧!他是不想让任何事来阻碍他攀登科学的高峰。他为了科学,放弃了婚姻,放弃了朋友,选择隐居。这种精神多么高尚,多么令人感叹啊!
不可思议的是,卡文迪许一生致力于科学研究,虽然成果丰硕,却极少公开发表,宁肯让这些成果尘封起来。卡文迪许逝世后,他的侄子把他遗留下来的20捆实验笔记完好地放进了书橱里,直到1871年,物理学家麦克斯韦才让这笔记重见天日。麦克斯韦仔细阅读这些手稿,不由得惊叹:“卡文迪许也许是有史以来最伟大的实验物理学家,他几乎预料到电学上的所有伟大事实。”读到这里,我觉得当个无名英雄也是个不错的选择,卡文迪许不公开发表他的成果,也许当时他也是这么想的。和那些功成名就,名传千古的大科学家比起来,卡文迪许不图回报,不求功名的精神更打动我,更令我佩服!也许,有人认为他傻,但我一点都不觉得。正是因为他的傻子精神,才会让我肃然起敬。我真希望有更多的人有这样的傻子精神,让这种精神代代相传。
现在,我相信你一定记住了“卡文迪许”这个了不起的名字了吧!有一滴泪在我的心中,我的心变得潮湿,因为我知道了真正伟大的科学家,总是毫无保留地把自己的青春年华、聪明才智献给了科学,他们总是那样执著,淡泊名利,尤其是像卡文迪许这样的默默无闻的人,他的心中只有科学,他不以为苦,甘于奉献,以此为乐。这就是科学家的人生!
化学家,英国 卡文迪许,普利斯特里是谁啊
亨利·卡文迪许(Henry Cavendish,又译亨利·卡文迪什,1731年10月10日—1810年2月24日),英国物理学家、化学家。他首次对氢气的性质进行了细致的研究,证明了水并非单质,预言了空气中稀有气体的存在。将电势概念广泛应用于电学,并精确测量了地球的密度,被认为是牛顿之后英国最伟大的科学家之一。
科学历史上第一个算出地球质量的人,是哪位科学家?
亨利·卡文迪许
一、生平简介
卡文迪许(Henry Cavendish,17311010~1810310)英国化学家、物理学家。公元1731年10月10日生于法国尼斯。1742—1748年他在伦敦附近的海克纳学校读书。1749—1753年期间在剑桥彼得豪斯学院求学。在伦敦定居后,卡文迪许在他父亲的实验室中当助手,做了大量的电学、化学研究工作。他的实验研究持续达50年之久。1760年卡文迪许被选为伦敦皇家学会成员,1803年又被选为法国研究院的18名外籍会员之一。
公元1810年3月10日,卡文迪许在伦敦逝世,终身未婚。
二、科学贡献
卡文迪许的才能是多方面的。1784年左右他研究了空气的组成,发现普通空气中氮占五分之四,氧占五分之一。他确定了水的成分,肯定了它不是元素而是化合物。他还发现了硝酸。
卡文迪许生前在物理学方面发表的论文为数极少,一直到麦克斯韦审阅整理并出版了他的手稿后,人们才知道他在电学方面作出了很多重要发现。他发现一对电荷间的作用力跟它们之间的距离平方成反比,这就是后来库仑导出的库仑定律内容的一部分;他提出每个带电体的周围有“电气”,与电场理论很接近;卡文迪许演示了电容器的电容与插入平板中的物质有关;电势的概念也是卡文迪许首先提出的,这对静电理论的发展起了重要作用;他还提出了导体上的电势与通过电流成正比的关系。
卡文迪许在热学理论、计温学、气象学、大地磁学等方面都有研究。1798年他完成最后的实验时,已年近七十。在物理学上他最主要的成就是通过扭秤实验验证了牛顿的万有引力定律,确定了引力常数和地球平均密度。
推算地球密度:卡文迪许测量地球的密度是从求牛顿的万有引力定律中的常数着手,再推算出地球密度。他的指导思想极其简单,用两个大铅球使它们接近两个小球。从悬挂小球的金属丝的扭转角度,测出这些球之间的相互引力。根据万有引力定律,可求出常数G。根据卡文迪许的多次实验,测算出地球的平均密度是水密度的5481倍(现在的数值为5517,误差为14%左右),并确定了万有引力常数(他测得的引力常数G是(6754±0041)×10-8达因·厘米2/克2,这个值同现代值(66732±00031)×10-8达因·厘米2/克2,相差无几),计算出了地球的质量。被誉为第一个称量地球的人。
卡文迪许验证万有引力定律的实验采用自己设计的“扭秤”为工具,后人称为著名的“卡文迪许实验”。
三、趣闻轶事
1.最富有的学者,最博学的富豪
据说卡文迪许很有素养,但是没有当时英国的那种绅士派头。他不修边幅,几乎没有一件衣服是不掉扣子的;他不好交际,不善言谈,终生未婚,过着奇特的隐居生活。卡文迪许为了搞科学研究,把客厅改作实验室,在卧室的床边放着许多观察仪器,以便随时观察天象。他从祖上接受了大笔遗产,成为百万富翁。不过他一点也不吝啬。有一次,他的一个仆人因病生活发生困难,向他借钱,他毫不犹豫地开了一张一万英镑的支票,还问够不够用。卡文迪许酷爱图书,他把自己收藏的大量图书,分门别类地编上号,管理得井井有序,无论是借阅,甚至是自己阅读,也都毫无例外地履行登记手续。卡文迪许可算是一位活到老、干到老的学者,直到79岁高龄、逝世前夜还在做实验。卡文迪许一生获得过不少外号,有“科学怪人”,“科学巨擘”,“最富有的学者,最博学的富豪”等。
2.视名利如天上的浮云
有一次卡文迪许出席宴会,一位奥地利来的科学家当面奉承卡文迪许几句,他听了起初大为忸怩,继而手足无措,终于坐不住站了起来,冲出室外径自坐上马车回家了。卡文迪许沉默寡言,对慕名来访的客人常常一言不发陪坐在旁,脑中想着科学问题,使一些帮闲文人尴尬扫兴。他一生致力于科学研究,成果丰硕,但只发表过两篇并不重要的论文。
3.卡文迪许实验室
人们为纪念这位大科学家,特意为他树立了纪念碑。卡文迪许一生勤俭,逝世后留下了大笔遗产,其中一部分由它的家族在1871年捐赠给剑桥大学创办卡文迪许实验室,这个实验室曾经对物理科学的进步作出了巨大的贡献,先后培养出26名诺贝尔奖获得者。
4.沉睡了一百年的手稿
1810年卡文迪许逝世后,他的侄子齐治把卡文迪许遗留下的20捆实验笔记完好地放进了书橱里,谁也没有去动它。谁知手稿在书橱里一放竟是70年,一进到了1871年,另一位电学大师麦克斯韦应聘担任剑桥大学教授并负责筹建卡文迪许实验室时,这些充满了智慧和心血的笔记获得了重返人间的机会。麦克斯韦仔细阅读了前辈在100年前的手搞,不由大惊失色,连声叹服说:“卡文迪许也许是有史以来最伟大的实验物理学家,他几乎预料到电学上的所有伟大事实。这些事实后来通过库仑和法国哲学家的著作闻名于世。”此后麦克韦决定搁下自己的一些研究课题,呕心沥血地整理这些手稿,使卡文迪许的光辉思想流传了下来。真是一本名著,两代风流。不啻是科学史上的一段佳话.
卡文迪许,1731年出生在英国。他一生都在实验室和图书馆中度过,在化学、热学、电学方面进行过许多实验探索。但由于他对荣誉看得很轻,所以对于发表实验结果以及得到发现优先权却很少关心,致使其许多成果一直未被公开发表。直到19世纪中叶,人们才从他的手稿中发现了一些极其珍贵的资料,证实他对科学发展做出了巨大贡献。
卡文迪许最为人称道的科学贡献,首先是他最早研究了电荷在导体上的分布,并于1771年用类似的实验对电力相互作用的规律进行了说明。他通过对静电荷的测定研究,在1777年向皇家学会提出的报告中说:“电的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间距离的平方。如果是这样的话,那么物体中多余的电几乎全部堆积在紧靠物体表面的地方。而且这些电紧紧地压在一起,物体的其余部分处于中性状态。”与此同时,他还研究了电容器的容量;制造了一整套已知容量的电容器,并以此测定了各种仪器样品的电容量。而且预料到了不同物质的电容率,并测量了几种物质的电容率,初步提出了“电势”概念。
卡文迪许毕生致力于科学研究,从事实验研究达50年之久,性格孤僻,很少与外界来往。卡文迪许的主要贡献有:1781年首先制得氢气,并研究了其性质,用实验证明它燃烧后生成水。但他曾把发现的氢气误认为燃素,不能不说是一大憾事。1785年卡文迪许在空气中引入电火花的实验使他发现了一种不活泼的气体的存在。他在化学、热学、电学、万有引力等方面进行地行多成功的实验研究,但很少发表,过了一个世纪后,麦克斯韦整理了他的实验论文,并于1879年出版了名为《尊敬的亨利·卡文迪许的电学研究》一书,此后人们才知道卡文迪许做了许多电学实验。麦克斯韦说:“这些论文证明卡文迪许几乎预料到电学上所有的伟大事实,这些伟大的事实后来通过库仑和法国哲学家们的著作而闻名于科学界。”
早在库仑之前,卡文迪许已经研究了电荷在导体上的分布问题。1777年,他向皇家学会提出报告说:“电的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间距离的平方,如果是这样的话,那么物体中多余的电几乎全部堆积在紧靠物体表面的地方,而且这些电紧紧地压在一起,物体的其余部分处于中性状态。”他还通过实验证明电荷之间的作用力。他还早于法拉第用实验证明电容器的电容取决于两极板之间的物质。他最早建立电势概念,指出导体两端的电势与通过它的电流成正比(欧姆定律在1827年才确立)。当时还无法测量电流强度,据说他勇敢地用自己的身体当作测量仪器,以从手指到手臂何处感到电振动来估计电流的强弱。
卡文迪许的重大贡献之一是1798年完成了测量万有引力的扭秤实验,后世称为卡文迪许实验。他改进了英国机械师米歇尔(John Michell,1724~1793)设计的扭秤,在其悬线系统上附加小平面镜,利用望远镜在室外远距离操纵和测量,防止了空气的扰动(当时还没有真空设备)。他用一根39英寸的镀银铜丝吊一6英尺木杆,杆的两端各固定一个直径2英寸的小铅球,另用两颗直径12英寸的固定着的大铅球吸引它们,测出铅球间引力引起的摆动周期,由此计算出两个铅球的引力,由计算得到的引力再推算出地球的质量和密度。他算出的地球密度为水密度的5481倍(地球密度的现代数值为5517g/cm3),由此可推算出万有引力常量G的数值为 6754×10-11 Nm2/kg2(现代值前四位数为6672)。这一实验的构思、设计与操作十分精巧,英国物理学家JH坡印廷曾对这个实验下过这样的评语:“开创了弱力测量的新时代”。
卡文迪许在1766年发表了《论人工空气》的论文并获皇家学会科普利奖章。他制出纯氧,并确定了空气中氧、氮的含量,证明水不是元素而是化合物。他被称为“化学中的牛顿”。
卡文迪许一生在自己的实验室中工作,被称为“最富有的学者,最有学问的富翁”。卡文迪许于公元1810年3月10日去世。
后来,他的后代亲属德文郡八世公爵SC卡文迪许将自己的一笔财产捐赠剑桥大学于1871年建成实验室,它最初是以 H卡文迪什命名的物理系教学实验室,后来实验室扩大为包括整个物理系在内的科研与教育中心,并以整个卡文迪许家族命名。该中心注重独立的、系统的、集团性的开拓性实验和理论探索,其中关键性设备都提倡自制。近百年来卡文迪许实验室培养出的诺贝尔奖金获得者已达26人。麦克斯韦、瑞利、JJ汤姆逊、卢瑟福等先后主持过该实验室。
约瑟夫·普利斯特列是英国著名的化学家。他1733年3月13日生于英格兰约克郡利兹市郊区的一个名叫菲尔德海德的农庄里。
他的父亲约万斯·普利斯特列经营着这个收入微薄的小农庄,兼营毛织品的加工和裁缝,以维持一家人的生活;约瑟夫·普利斯特列是家中的长子,由于家境艰难,同外公、外婆一起度过了大部分童年。1739年,他的母亲去世了,他又被送到姑母家里居住。姑母家里经营着一个大农庄。普利斯特列在那里不用干活,唯一的任务就是学习。姑母一心要把他培养成一名神甫。但是,他的优裕生活没过上几年,姑夫就突然病逝了。心情悲痛的姑母成了靠遗产过活的寡妇,她身边没有一个子女。为了减轻经济负担,她把普利斯特列送进了教会学校,后来又把他送到离利兹城不远的布莱克先生家中。布莱克是一家啤酒厂的职员,他曾是普利斯特列的姑夫的朋友,家里生活比较富裕。
自幼漂泊不定的生活,养成了普利斯特列善于独立思考的性 格。18岁那年,由于经常与基督教的牧师来往,他遭到了姑母的激烈责备。从此,他成了家庭的叛逆者。
普利斯特列刻苦好学,兴趣广泛。他曾学过古文、数学。自然哲学导论等,后因体弱多病,中断过一段学习,待康复后,他进入了考文垂的非国教的高等专科学校。因为他学习勤奋刻苦,成绩超群,学校同意他免修一、二年级的部分课程。他在后来的学习中,深感自己的数学与德语基础太差,又主动要求学校允许他补学了这两门。在学校里,他学会了希泊来文、希腊文和拉丁文,加上他在神学方面的广博知识,他常常同那些信仰传统宗教的人们进行辩论,并且总是占上风。以后,他做过教师,也当过牧师。在沃灵顿的非国教高等专科学校里,他讲授过语言学、文学、现代史、法律、口才学及辩论学等,甚至教过解剖学,他曾编著出版过《基础英语语法》和《语言学原理》写过《口才学和辩论学讲义》。1764年,爱丁堡大学授予他法学博士。从此,他开始了科学生涯,著有《电学史》一书,1766年他被推荐为英国皇家学会的会员。
1762年,普利斯特列与玛丽·维尔金逊结了婚。他的妻子是当时英格兰最大的铁器制造商艾萨克的女儿,婚后,普利斯特列仍然专心地埋头科学研究。到了1767年,由于他们的儿女先后出世,家庭经济负担加重。加上各教派之间的矛盾日益尖锐,普利斯特列就放弃了教师职业,重新当上了牧师,家庭收入虽增加不多,但他却有了更多的空闲时间自由地从事科学研究和著书立说。《电学史》一书就是这个时期写成的。他不仅用通俗的、准确而生动的语言概述了关于电现象研究的完整历史,而且还具体地描写了各种不同的试验情况。不久,他痛感自己缺乏化学方面的知识,于是把兴趣由物理移向了化学。在化学领域中,他首先对空气发生了兴趣,思考着不少有关空气的问题。例如,为什么放在封闭容器中的小老鼠,几天后就会死去?容器中本来有空气,老鼠为什么不能长期活下去?学生时代他参观啤酒厂时,发现有一种能使燃着的木条立刻熄灭的空气,这种空气就存在于发酵车间内盛啤酒的大桶里。因此,他怀疑是不是存在着好多种空气。 “为了弄清这些问题,普利斯特列进行了多种有趣的实验。例如,他点燃一根蜡烛,把它放到预先放有小老鼠的玻璃容器中,然后盖紧容器。他发现:蜡烛燃了一阵之后就熄灭了,而小老鼠也很快死了。这一现象使普利斯特列想到,空气中大概存在着一种东西,当它燃烧时空气就会被污染,因而成为不能供动物呼吸,也不能使蜡烛继续燃烧的“受污染的空气”。为了证明这一想法的正确与否,他设想,能否把受污染的空气加以净化,使它又成为可供呼吸的空气呢?他为此做了一个新的实验。他用水洗涤受污染的空气,其结果使他大为惊异,他发现,水只能净化一部分被污染的空气,而另一部分未被净化的空气,还是不能供呼吸,老鼠在其中照样要死去。
善于思考和钻研问题的普利斯特列进一步想到,动物在受污染的空气中会死去,那么植物又会怎样呢?对此,他设计了下列实验:把一盆花放在玻璃罩内,花盆旁边放了一支燃烧着的蜡烛来制取受污染的空气。当蜡烛熄灭几小时后,植物却看不出什么变化。他又把这套装置放到靠近窗子的桌子上,次日早晨饱发现,花不仅没死,而且长出了花蕾。由此他想到,难道植物能够净化空气吗?为了验证这一想法,他尽点燃了一支蜡烛,并迅速放入罩内。蜡烛果然正常燃烧着,过了一段时间才熄灭。当时,科学家们把一切气体统称为空气。为了确定究竟有几种空气,普利斯特列曾多次重复自己的实验。他认为,在啤酒发酵、蜡烛燃烧以及动物呼吸时产生的气体,就是早先人们所称的“固定空气”(实则二氧化碳)。他对这种“固定空气”的性质做了深入研究。他证明,植物吸收“固定空气”可以放出“活命空气”(实则氧气)。还发现“活命空气”既可以维持动物呼吸,又能使物质更猛烈地燃烧。
由此,普利斯特列想设法制取这种“活命空气”。当时已知硝石也能助燃,于是他想:“也许硝酸能够把它分离出来?或者,把沾有稀硝酸的铜丝加热,也许可以放出活命空气?”他沿着这一思路,埋头进行各种实验。他取了一根一端封闭的玻璃管,装人水银,用手指堵住管口,把开口的一端置入盛有水银的槽中,再把装有硝酸和铜屑的另一根管子与装有水银的管子连接在一起。然后,开始加热混和物质。经过短时间加热,产生的无色的气体就把水银排出管外,于是管内充满了新的物质。普利斯特列小心地取出管子,打开管口,俯身一嗅,突然,他被惊楞了:一种挥发的无色气体,转眼间就变成了棕红色的蒸气,它的强烈气味很象硝酸,因此当时就称它为“硝石空气”。这种在空气中变成的棕红色的气体是二氧化氮,试验的结果未能制得“活命空气”,却发现了两种新气体:一氧化氮和二氧化氮,他继续试验,又发现了许多新气体,普利斯特列给它们定名为“碱空气”(氨)、“盐酸空气”(氯化氢)以及二氧化硫等。此后多年,普利斯特列一直在研究气体,并写成了《论各种不同的气体》一书,大大丰富了气体化学。
普利斯特列在化学以及物理学方面的研究成果,提高了他的学术威望。1772年,”他当选为法兰西科学院的名誉院士,同年12月,他被当时英国的一位政治显贵谢尔本勋爵请去做家庭教师及图书管理员。这项工作有较高薪金,而且每天只用上午时间。所以每天下午,他仍旧可以从事科学研究。在这里,他完成了许多著作。他的6个最有价值的气体实验,有5个是在这里完成的。普利斯特列终生信奉燃素说,在这里他写过有关论证燃素说的文章。
他还是一位神学家,在这里完成了一部关于神学的代表作《物质和精神的研究》(1777年):还著有《哲学必要性学说注释》(1777年)。他明确地剖析了神学和科学哲学之间的联系。
在气体化学的研究成果中,普利斯特列最重要的是对氧气的发现。1774年,他得到了一个大型凸透镜(火镜),开始研究某些物质在凸透镜聚光产主的高温下放出的各种气体。他研究的物质中有“红色沉淀物”(氧化汞)和“汞灰”亦称水银烧渣,也就是(氧化汞)。普利斯特列把氧化汞放置在玻璃钟罩内的水银面上,用一个直径30厘米、焦距为50厘米的火镜,将阳光聚集在氧化汞上。很快就发现氧化汞被分解了,放出一种气体,将玻璃罩内的水银排挤出来。他把这种气体叫做”脱燃素的空气”。他以排水集气法,把这种气体收集起来,然后研究其性质。发现蜡烛会在这种空气中燃烧,火焰非常明亮,老鼠在这种气体中生活正常,且比在等体积的普通空气中活的时间长了约4倍;他还亲自尝试了一下,感觉这种空气使人呼吸轻快、舒畅。他对实验的全过程做了详细的描述。
其实早在1771年,普利斯特列把硝石加热对,已经制得了氧气。他在题为“各种空气的观察”一文中,曾提到:“在我从硝石得到的一定量(的空气)中,不仅蜡烛能点燃,而且火焰增大,还听到了响声,好像硝石在明火中烧爆的声音。”但由于他当时把这种气体,混同于一般空气,所以未能发现氧。普利斯特列认为空气是单一的气体,助燃能力之所以不同,其区别仅在于其中含燃素量的不同。从汞烧渣中分解出来的是新鲜的、不含一点燃素的空气,所以吸收燃素的能力和助燃能力都特别强。因此他把这种气体叫做“脱燃素空气”。而寻常的空气,由于经过动物呼吸、植物的燃烧和腐烂,已经吸收了不少燃素,所以助燃能力就差了:一旦空气被燃素饱和,那么它就不再助燃,变成“被燃素饱和了的空气”(指氮气)或叫“燃素化空气”。在后来的研究中,普利斯特列发现,绿色植物在阳光中也能放出“脱燃素空气”,成为光化学作用研究的基础。
谢尔本勋爵支持普利斯特列的研究工作,一直为他提供研究经费。1774年,他带着普利斯特列一起访问了欧洲大陆。在欧洲,他们结识了许多科学家,这对普利斯特列的利学生涯具有重大意义。在巴黎,普利斯特列拜访了法国化学家拉瓦锡,他向拉瓦锡介绍并演示了从氧化汞中谁、取气体的实验。拉瓦锡后来又重复了他的实验,并且把普利斯特列的实验材料以及他本人的实验结果联系起来。拉瓦锡能摆脱传统思想的束缚,大胆地提出了氧化概念,形成了燃烧的氧化理论。他指出所谓“脱燃素空气”实际上就是氧气,终于推翻了统治化学近百年的燃素学说。而坚持燃素说的普利斯特列却坚决反对拉瓦锡的新观点,他拒绝接受拉瓦锡对氧和水的任何解释。于是,二人由此开始了一场争论。
双方的争论最初出现在《哲学学报》上,后来,这些争论文章又被编辑成一些小册子。他们争论的最后批文章发表在美国出版的《美国哲学会会报》上,其它刊物上也时有他们的文章发表。
在争论中,普利斯特列证明,不是所有的酸都含有氧,盐酸就是一个例子。他以此来反对拉瓦锡的氧化理论。但是,普利斯特列在争论中所使用的理论始终是燃素说。这使他象一个守旧的老人,嘴里经常念叨着教条的燃素学说,而丝毫不愿放弃它。普利斯特列与拉瓦锡,一直都在持续地进行各自的观察与研究。但他们观察的深度不同,对观察到的现象背后的本质理解不同。普利斯特列总是躲避开理论上的思考,他只埋头于实验,认为只有实验才是最重要的,陷入了狭隘的经验论,影响他的认识进一步发展。而拉瓦锡则不然,他在实验的基础上很重视理论思考,这使他在科学发展的历史长河中,实现了第一次化学革命。
纵观普利斯特列的一生,他37岁起研究气体化学,直到终生。他曾分离并论述过的大批气体,数目之多超过了他同时代的任何人。他可以说是13世纪下半叶的一位业余化学大师。是他发明了带有酸味的气水。1772年出版了他的小册子《用排水集气法收集“空气”》,该书深受欢迎,非常畅销,当年就被译成法文。普利斯特列名扬世界, 1773年他荣获英国皇家学会的铜质奖章。他对气林化学的研究成果,一是以其强烈的求知欲与非凡的勤奋态度为基础的,二是他得益于自己精湛的实验技能。为此,皇家学会曾授予他卡普里奖。他出版过巨著《关于种种空气的实验与观察》(三卷).以后他的研究成果又汇集于《与自然科学各个部门有关的实 验与观察》(三卷)。
1804年2月6日,普利斯特列死于美国宾夕法尼亚卅的诺赞巴兰镇,终年71岁。普利斯特列一生主要靠自学成为一位化学大师。其刻苦奋勉精神,堪称今人之典范。
亨利·卡文迪许详细资料大全
地球质量为596510^24千克,也就是大约60万亿亿吨,英国科学家卡文迪许号称“第一个称量地球的人”,因为他首先通过实验得到了万有引力常数的值。
早在公元200多年前,古希腊数学家埃塞托色尼就利用太阳光直射原理,估算出了地球的直径,得到的数值和实际值非常接近。
理论上加上地球平均密度就可以得到地球质量,但是直到20世纪以前,人类都不知道地球内部的结构,地表岩石的平均密度在3g/cm^3左右,地球平均密度为55g/cm^3,因为地球内部有着致密的铁镍核心,密度高达10g/cm^3。
在17世纪,牛顿建立万有引力定律,理论上利用地球半径和表面重力加速度,就可以计算出地球质量。
根据:GMm/R^2=mg;
得到:M=gR^2/G;
但是利用万有引力计算地球质量的方法,依赖于万有引力常数G的数值,牛顿虽然提出了万有引力定律,但是万有引力的强度实在太微弱了,当时的条件很难利用实验得出G的数值。
直到100多年后的1789年,英国科学家卡文迪许利用精密的扭秤实验,首次得到了万有引力常数的值,当时得到的数值为G=6754×10^-11N·m^2/kg^2,这个测量精度一直保持到1969年,而现在最精确的数值为G=667259×10^-11N·m^2/kg^2。
有了万有引力常数的值,我们就可以计算地球质量了:
M=gR^2/G
=986370^2/667259×10^-11
≈59610^24千克
虽然表面重力加速度并不完全等于地球引力产生的加速度,但是计算结果基本与美国物理协会公布的数值5965×10^24kg基本一致,说明这个计算方法还是有着很高精度的。
值得一提的是,卡文迪许是一位淡泊名利的“科学怪人”,在当时,他的父辈给他留下了一大笔财产,可以说他是一位大富豪,然而他根本不在意这点,甚至金钱对他来说犹如粪土,他本人不善交际,不好言谈,而且终身未婚,唯一的爱好就是做科学研究,把一生献给了科学事业。
传说他的一个朋友,向他介绍了一位贫困潦倒的老者来给他整理图书,希望完事之后给予一定报酬,然而卡文迪许完全忘了付酬金的事,直到朋友提醒他,卡文迪许才急忙解释忘了这事,随即写下一张2万英镑的支票让朋友转交,并询问“2万英镑够吗?”当时就把他朋友吓到了,因为当时2万英镑可以买下一座不错的3层房!
在1871年,卡文迪许的亲戚出资建立了卡文迪许实验室,截至目前为止,该实验室出过30多位诺贝尔奖获得者,有过许多重大的科学发现,比如电子、中子、康普顿效应、电子干涉、脉冲星、超流体、DNA双螺旋的发现等等。
亨利·卡文迪许(Henry Cavendish,1731年10月10日——1810年2月24日),英国化学家、物理学家。1731年10月10日生于撒丁王国尼斯。1742—1748年在海克纳学校读书。1749—1753年期间在剑桥大学彼得学院求学。在伦敦定居后,卡文迪许在他父亲的实验室中当助手,做了大量的电学、化学研究工作。他的实验研究持续达50年之久。1760年卡文迪许被选为伦敦皇家学会成员,1803年又被选为法国研究院的18名外籍会员之一。1810年2月24日,卡文迪许在伦敦逝世,终身未婚。
基本介绍 中文名 :亨利·卡文迪许 外文名 :Henry Cavendish 国籍 :英国 出生地 :撒丁王国尼斯 出生日期 :1731年10月10日 逝世日期 :1810年2月24日 职业 :化学家,物理学家 毕业院校 :剑桥大学彼得学院 主要成就 :研究空气组成测出万有引力常数
确定水是化合物而不是单质 主要成就,化学领域,物理领域,推算地球密度,学术贡献,化学研究,二氧化碳的发现,氢气的发现,惰性气体的观察,物理研究,电学研究,称量地球,扭秤实验,趣闻轶事,科学怪人,视名利如浮云,实验室,沉睡的手稿,专注又腼腆,独立传记, 主要成就 化学领域 1784年左右,卡文迪许研究了 空气的组成 ,发现 普通空气中氮气占五分之四,氧气占五分之一 。他 确定了水的成分 ,肯定了它不是元素而是化合物。他还 发现了硝酸 。 物理领域 卡文迪许生前在物理学方面发表的论文为数极少,一直到麦克斯韦审阅整理并出版了他的手稿后,人们才知道他在电学方面作出了很多重要发现。 他发现一对电荷间的作用力跟它们之间的距离平方成反比 ,这就是后来库仑导出的库仑定律内容的一部分; 他提出每个带电体的周围有“电气”, 与电场理论很接近;卡文迪许 演示了电容器的电容与插入平板中的物质有关 ; 电势的概念也是卡文迪许首先提出的 ,这对静电理论的发展起了重要作用;他还 提出了导体上的电势与通过电流成正比的关系 。 在牛顿发现万有引力定律之后,他是测出引力常量的科学家。 推算地球密度 卡文迪许测量地球的密度是从求牛顿的万有引力定律中的常数着手,再推算出地球密度。他的指导思想极其简单,用两个大铅球使它们接近两个小球。从悬挂小球的金属丝的扭转角度,测出这些球之间的相互引力。根据万有引力定律,可求出常数G。根据卡文迪许的多次实验,测算出地球的平均密度是水密度的5481倍(21世纪数值为5517,误差为065253%左右),并确定了万有引力常数(他测得的引力常数G是(6754±0041)×10N·m 2 /kg 2 ;,这个值同现代值(66732±00031×10N·m 2 /kg 2 ;,相差无几,计算出了地球的质量。被誉为第一个称量地球的人。 后人关于卡文迪许测量G的历史争议 值得一提的是,以上关于卡文迪许从万有引力常数推算地球密度的说法 是完全错误的 ,卡文迪许是利用小球的与地球的比例关系来测量出的地球质量,从而得出地球平均密度,并没有用到G的值,也没有在任何地方间接或直接出现过万有引力常数G。这也是普遍存在于我国物理教学中的谬误,事实上,从科学史的角度看, 卡文迪许可以说并没有 得到过G 。在卡文迪许活着的时候,对牛顿重力方程的表述中仍没有G的存在,那时的天文学家更关心各个星体的密度,只要知道了地球的密度那么其他星体的密度也都好算了,所以卡文迪许他老人家作为物理学的潮人,自然义无反顾地要引领时尚。他的论文题目正叫做 “测量地球密度的实验” (Experiments to determine the density of the earth)。 G的第一次出现在论文中是在1873,在卡文迪许发表论文的75年后,被Cornu,A and Baille,J B的论文《Mutual determination of the constant of attraction and the mean density of the earth》提到。而G正式进入人们的视野要到1894年,一个叫伟农波义思(CVernon Boys)的人在英国皇家学会(The Royal Society)提出了重力场数G的表述后才为人熟知。在卡文迪许之后,后人也依据他的实验结果整理出了G=3g/4piRp,其中g是地球重力加速度,R是地球半径。无疑的,卡文迪许的实验是离G只有那么一点点距离了,后人可以直接从他的结果中整理出G来,因为这个而让他与G的决定无缘实在是太可惜了,所以物理学家感情上更认同卡文迪许,万一以后他们哪个人遇到了类似的事情,差一点点不被算作是第一原创者那肯定死不瞑目啊。于是他们为卡文迪许辩护称,在卡文迪许所在的年代,科学家们对重力与质量仍使用一样的单位,而且从天文学来说,式子中出现的几何常数可以被视作是已被定义的高斯重力常数,地球半径也是知道的,所以可以一般性地可以说在天文单位上,G便是地球密度的倒数,卡文迪许测到了地球密度,自然也算得到G了。 学术贡献 卡文迪许公开发表的论文并不多,他没有写过一本书,在长长的50年中,发表的论文也只有18篇。除了一篇在1771年发表的论文是理论性的以外,其余的论文内容都是实验性和观察性的,大部分是关于水槽化学方面的,先后发表在1766年到1788年的英国皇家学会的期刊上。 又有一部分是关于液态物质凝固点的研究,发表于1783年到1788年。还有一部分是有关地球平均密度的研究,发表于1798年。在他逝世以后,人们发现他有大量文稿,一直藏着未经公开发表。这部分未发表的论文相当多,电学部分由19世纪的大物理学家马克斯维尔门教授整理后在1879年出版,化学和力学部分是由爱德华普索于1921年主编出版的。 1784年左右他研究了空气的组成,他还发现了硝酸。 亨利·卡文迪许 卡文迪许在热学理论、计温学、气象学、大地磁学等方面都有研究。1798年他完成最后的实验时,已年近七十。在物理学上他最主要的成就是通过扭秤实验验证了牛顿的万有引力定律,确定了引力常数和地球平均密度。卡文迪许验证万有引力定律的实验采用自己设计的“扭秤”为工具,后人称为著名的“卡文迪许实验”。 曾经有人说:“没有一个活到80岁的人,一生讲的话像卡文迪许那样少的了。”在一本《化学史》书上,曾举出卡文迪许最怕交际的一件事例。有一天一位英国科学家携同一位奥地利科学家到班克斯爵士的家里做客,正巧卡文迪许也在座。班克斯便介绍他们相识。在互相介绍时,班克斯曾对这位远客盛赞卡文迪许,而这位初见面的客人更是对卡文迪许说出非常敬仰他的话,并说这次来伦敦的最大收获,就是专程拜访这位名震一时的大科学家。 卡文迪许听到这话,起初大为忸怩,最后完全手足无措,便从人丛中冲出了室外,坐上他的马车赶回家去了。从这段记载可以看出卡文迪许为人性格孤僻。卡文迪许离开剑桥大学后,就跟父亲旁听英国皇家学会的会议,每个星期四中午,参加学会的聚餐。到了1760年他被选为皇家学会会员。一直到21世纪,在英国,凡是有FRS(Fellow of Royal Society即皇家学会会员)头衔的人,还是受到人们的尊敬。 接下来他在1783年研究了空气的组成成分,做了很多试验,发表的论文的题目是“空气试验”。也就是这个时候,他发现水是由氢和氧两种元素组成的。 卡文迪许最后的一项研究,是关于地球平均密度的问题。他提出的数字是5448克/立方厘米,公认的是548克/立方厘米。这说明当时试验已经相当准确。他还有一项工作,是过了100年以后,才得到承认的,那就是关于稀有元素的存在问题。 化学研究 在卡文迪许漫长的一生中,他取得了一系列重大发现——其中,他是分离氢的第一人,把氢和氧化合成水的第一人。 二氧化碳的发现 卡文迪许指出收集固定空气(二氧化碳)必须用汞代替水;用物理方法测出了固定空气(二氧化碳)的密度是空气密度的1.57倍。从实验上证明了固定空气(二氧化碳)能溶解于同体积的水中,且与动物呼出的、木炭燃烧后产生的气体相同。他还发现在普通空气中,若固定空气(二氧化碳)的含量占到总体积的1/9,燃烧的蜡烛在其中就会熄灭。 他测出了酸从石灰石、大理石、珍珠灰等物质中排出固定空气的重量,计算出这些物质中固定空气的含量。这些实验研究使人们对二氧化碳的性质有了更多的了解。 卡文迪许1767年发表的论文介绍了他关于水和固定空气的实验。将一个深水井的井水进行煮沸,发现有固定空气逸出,同时产生白色沉淀。他认为白色沉淀和固定空气原先都是溶于水的,它们可能是溶于水中的石灰质土。为了证明这一看法,他在清澈的石灰水中通入固定空气,开始时产生乳白色沉淀,继续通入固定空气后,沉淀复又溶解,溶液再次澄清透亮。这时他将这溶液煮沸,立刻就象井水那样释放出固定空气(二氧化碳)并产生白色沉淀。 卡文迪许的这一实验和他的解释使人们认清了一个常见的自然现象。在石灰岩遍布的地区,含有二氧化碳的雨水或泉水流经石灰岩地层、慢慢地溶解部分石灰石形成重碳酸盐溶液。这些溶液在石岩中缓慢下滴时,可能因温度变化或水汽蒸发,二氧化碳乘机逸去,碳酸钙结晶析出,日积月累,逐渐形成了石钟、石乳、石笋等奇特的景象。喀斯特地形构造有了科学的解释。 卡文迪许在1766年发表了他的第一篇论文《论人工空气》“人工空气”一词为波义耳首创,用来指存在在某种物质中,通过化学反应可以释放出来的气体,如普利斯特里通过碳酸盐与酸反应生成的二氧化碳。在文章中卡文迪许在严格保持温度和压强条件的前提下,对当时已知的各种气体的物理性质,特别是密度进行了严谨而细致的研究,这篇文章使他获得英国皇家学会的科普利奖章。 氢气的发现 卡文迪许于1781年采用铁与稀硫酸反应而首先制得“可燃空气”(即氢气)他使用了排水集气法并对产生的气体进行了多步干燥和纯化处理。随后他测定了它的密度,研究了它的性质。他使用燃素说来解释,认为在酸和铁的反应中,酸中的燃素被释放出来,形成了纯的燃素-“可燃空气”。之后当他得知普利斯特里发现在空气中存在“脱燃素气体”(即氧气),就将空气和氢气混合,用电火花引发反应,得出这样的结果“在不断的实验之后,我发现可燃空气可以消耗掉大约1/5的空气,在反应容器上有水滴出现。”随后卡文迪许继续研究氢气和氧气反应时的体积比,得出了202:1的结论。对于氢气在氧气中燃烧可以生成水这一点的发现权,当时曾引起了争论。因为普里斯特利,瓦特,卡文迪许都作过类似的实验。1785年瓦特被选为皇家学会会员,争论以当事人的和解而告终。 卡文迪许制取氢气装置 惰性气体的观察 卡文迪许敏锐地注意到,在生成的水中有少量的硝酸存在。他认为这是反套用的氧气中含有新物质(主要是氮气)的原因。1785年卡文迪什在氧气和空气混合物中引入电火花,使得空气中的氧气和氮气化合,然后用氢氧化钠溶液来吸收生成的氮氧化物,发现空气中残留下一小部分,大约1/120,无法与氧气反应生成化合物被氢氧化钠吸收。经过几百次的实验和分析,他得出在今天看来都很精确的结论,空气中有20833%的体积是脱燃素空气(测量值是氧气占2095%)和79167%的燃素空气,在燃素空气中有空气总体积的1/120的不易和其他气体反应的浊气。一直到1894年瑞利和拉姆赛发现稀有气体氩,才证实了卡文迪什的推测。在拉瓦锡提出氧化说,卡文迪许赞成氧化说的简洁,认为这有利化学的发展,但也不愿轻易放弃自己一直采用的燃素说,随后他将自己的研究重点转向了物理学领域。 物理研究 电学研究 卡文迪许在室外用望远镜观测扭秤卡文迪许在电学上进行了大量重要而不为人知的研究。他在1777年向皇家学会提交论文,认为电荷之间的作用力可能呈现与距离的平方成反比的关系,后来被库仑通过实验证明,成为库仑定律。他和法拉第共同主张电容器的电容会随着极板间的介质不同而变化,提出了介电常数的概念,并推导出平板电容器的公式。他第一个将电势概念大量套用对电学现象的解释中。并通过大量实验,提出了电势与电流成正比的关系,这一关系1827年被欧姆重新发现,即欧姆定律。卡文迪许对电学的研究基本都没有发表,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的最后五年致力于对卡文迪什个人实验记录的整理,于1879年出版了麦克斯韦注释的《卡文迪许的电学研究》 ,卡文迪许在电学上成果才使世人知晓。 称量地球 1797年卡文迪许完成了对地球密度的精确测量。他使用的装置是约翰·米切尔设计,但米切尔本人不久去世,将装置遗留给了沃拉斯顿,后被转送给卡文迪许。装置是由两个重达350磅的铅球和扭秤系统组成。为了消除气流干扰,卡文迪许将装置安装在一个不透风的房间,自己则在室外用望远镜观测扭矩的变化。之后他向皇家学会提交报告,给出了目前看来仍然比较精确的地球密度值。这一测量被称为开创了“弱力测量的新时代”。很多文章称卡文迪许求出了万有引力常量,实际上卡文迪许当时只关心地球的密度,并没有涉及其他。而采用卡文迪许的测量结果通过计算可以求出万有引力常量和地球的质量。 扭秤实验 1789年,英国物理学 家卡文迪许(HCavendish)利用扭秤,成功地测出了引力常量的数值,证明了万有引力定律的正确。卡文迪许解决问题的思路是,将不易观察的微小变化量,转化为容易观察的显著变化量,再根据显著变化量与微小量的关系算出微小的变化量 试验示意图如下: 卡文迪许用一个质量大的铁球和一个质量小的铁球分别放在扭秤的两端。扭秤中间用一根韧性很好的钢丝系在支架上,钢丝上有个小镜子。用一道平行光照射镜子,光点反射到一个很远的地方,标记下此时光点所在的位置。 用两个质量一样的铁球同时分别吸引扭秤上的两个铁球。由于万有引力作用。扭秤微微偏转。但光源所反射的远点却移动了较大的距离。他用此计算出了万有引力公式中的常数G。 此实验的巧妙之处在于将微弱的力的作用进行了放大。尤其是光的反射的利用。卡文迪许测得的引力常量G=66710^-11 趣闻轶事 科学怪人 据说卡文迪许很有素养,但是没有英国的那种绅士派头。他不修边幅,几乎没有一件衣服是不掉扣子的;他不好交际,不善言谈,终生未婚,过著奇特的隐居生活。卡文迪许为了搞科学研究,把客厅改作实验室,在卧室的床边放著许多观察仪器,以便随时观察天象。他从祖上接受了大笔遗产,成为百万富翁。不过他一点也不吝啬。有一次,他的一个仆人因病生活发生困难,向他借钱,他毫不犹豫地开了一张一万英镑的支票,还问够不够用。卡文迪许酷爱图书,他把自己收藏的大量图书,分门别类地编上号,管理得井井有序,无论是借阅,甚至是自己阅读,也都毫无例外地履行登记手续。卡文迪许可算是一位活到老、干到老的学者,直到79岁高龄、逝世前夜还在做实验。卡文迪许一生获得过不少外号,有“科学怪人”,“科学巨擘”,“最富有的学者,最博学的富豪”等。 亨利·卡文迪许 视名利如浮云 有一次卡文迪许出席宴会,一位奥地利来的科学家当面奉承卡文迪许几句,他听了起初大为忸怩,继而手足无措,终于坐不住站了起来,冲出室外迳自坐上马车回家了。卡文迪许沉默寡言,对慕名来访的客人常常一言不发陪坐在旁,脑中想着科学问题,使一些帮闲文人尴尬扫兴。他一生致力于科学研究,成果丰硕,但只发表过两篇并不重要的论文。(其实是因为他这个人孤僻腼腆到“病态”的程度,连他和管家之间都需要以书信方式交流;连当时参加每周由班克斯举办的聚会时,都要求参与的人当他不存在,询问他建议时需要当做周围没人那样说话,这样也许你才能得到一个含糊的回答或者是怒气的尖叫。) 实验室 人们为纪念这位大科学家,特意为他树立了纪念碑。后来,他的后代亲属德文郡八世公爵SC卡文迪许将自己的一笔财产捐赠剑桥大学于1871年建成实验室,它最初是以 H卡文迪什命名的物理系教学实验室,后来实验室扩大为包括整个物理系在内的科研与教育中心,并以整个卡文迪许家族命名。该中心注重独立的、系统的、集团性的开拓性实验和理论探索,其中关键性设备都提倡自制。这个实验室曾经对物理科学的进步作出了巨大的贡献。近百年来卡文迪许实验室培养出的诺贝尔奖金获得者已达26人。麦克斯韦、瑞利、JJ汤姆逊、卢瑟福等先后主持过该实验室。 沉睡的手稿 1810年卡文迪许逝世后,他的侄子齐治把卡文迪许遗留下的20捆实验笔记完好地放进了书橱里,谁也没有去动它。谁知手稿在书橱里一放竟是70年,一直到了1871年,另一位电学大师麦克斯韦应聘担任剑桥大学教授并负责筹建卡文迪许实验室时,这些充满了智慧和心血的笔记获得了重返人间的机会。麦克斯韦仔细阅读了前辈在100年前的手搞,不由大惊失色,连声叹服说:“卡文迪许也许是有史以来最伟大的实验物理学家,他几乎预料到电学上的所有伟大事实。这些事实后来通过库仑和法国哲学家的著作闻名于世。”此后麦克斯韦决定搁下自己的一些研究课题,呕心沥血地整理这些手稿,使卡文迪许的光辉思想流传了下来。真是一本名著,两代风流。不啻是科学史上的一段佳话. 专注又腼腆 卡文迪许也参加一些社交活动。著名博物学家约瑟夫˙班克斯每周在家举行一次科学界名流的聚会,卡文迪许也会参加。班克斯特别告诫其他人,不要靠近那个呆在角落里的人。如果他就某个问题发表自己的见解时,人们要装着不在意地晃悠到他身边,还要装着没有听见他说话。如果讨论的问题与科学无关,人们就会听到身后一声惊呼突然响起,转身就会看到卡文迪许正奔向另一个更安静一些的角落。 卡文迪许——是那个年代最有才华而又极其古怪的英国科学家。几位作家为他写过传记。用其中一位的话来说,他特别腼腆,“几乎到了病态的程度”。他跟任何人接触都会感到局促不安,连他的管家都要以书信的方式跟他交流。 有一回,他打开房门,只见前门台阶上立著一位刚从维也纳来的奥地利仰慕者。那奥地利人非常激动,对他赞不绝口。一时之间,卡文迪许听着那个赞扬,仿佛挨了一记闷棍;接着,他再也无法忍受,顺着小路飞奔而去,出了大门,连前门也顾不得关上。几个小时以后,他才被劝说回家。 有时候,他也大胆涉足社交界——尤其热心于每周一次的有伟大的博物学家约瑟夫 · 班克斯举办的科学界聚会——但班克斯总是对别的客人讲清楚,大家绝不能靠近卡文迪许,甚至不能看他一眼。那些想要听取他的意见的人被建议晃悠到他的附近,仿佛不是有意的,然后“只当那里没有人那样说话”。如果他们的话算得上是谈论科学,他们也许会得到一个含糊的答案,但更经常的情形是听到一声怒气冲冲的尖叫(他好像一直是尖声尖气的),转过身来发现真的没有人,之间卡文迪许飞也似的逃向一个比较安静的角落。 ——摘自《万物简史》第四章 独立传记 卡文迪许,1731年出生在英国。他一生都在实验室和图书馆中度过,在化学、热学 、电学方面进行过许多实验探索。但由于他对荣誉看得很轻,所以对于发表实验结果以及得到发现优先权却很少关心,致使其许多成果一直未被公开发表。直到19世纪中叶,人们才从他的手稿中发现了一些极其珍贵的资料,证实他对科学发展做出了巨大贡献。 卡文迪许 卡文迪许最为人称道的科学贡献,首先是他最早研究了电荷在导体上的分布,并于1771年用类似的实验对电力相互作用的规律进行了说明。他通过对静电荷的测定研究,在1777年向皇家学会提出的报告中说:“电的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间距离的平方。如果是这样的话,那么物体中多余的电几乎全部堆积在紧靠物体表面的地方。而且这些电紧紧地压在一起,物体的其余部分处于中性状态。”与此同时,他还研究了电容器的容量;制造了一整套已知容量的电容器,并以此测定了各种仪器样品的电容量。而且预料到了不同物质的电容率,并测量了几种物质的电容率,初步提出了“电势”概念。 卡文迪许毕生致力于科学研究,从事实验研究达50年之久,性格孤僻,很少与外界来往。卡文迪许的主要贡献有:1781年首先制得氢气,并研究了其性质,用实验证明它燃烧后生成水。但他曾把发现的氢气误认为燃素,不能不说是一大憾事。1785年卡文迪许在空气中引入电火花的实验使他发现了一种不活泼的气体的存在。他在化学、热学、电学、万有引力等方面进行过许多成功的实验研究,但很少发表,过了一个世纪后,麦克斯韦整理了他的实验论文,并于1879年出版了名为《尊敬的亨利·卡文迪许的电学研究》一书,此后人们才知道卡文迪许做了许多电学实验。麦克斯韦说:“这些论文证明卡文迪许几乎预料到电学上所有的伟大事实,这些伟大的事实后来通过库仑和法国哲学家们的著作而闻名于科学界。” 早在库仑之前,卡文迪许已经研究了电荷在导体上的分布问题。1777年,他向皇家学会提出报告说:“电的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间距离的平方,如果是这样的话,那么物体中多余的电几乎全部堆积在紧靠物体表面的地方,而且这些电紧紧地压在一起,物体的其余部分处于中性状态。”他还通过实验证明电荷之间的作用力。他还早于法拉第用实验证明电容器的电容取决于两极板之间的物质。他最早建立电势概念,指出导体两端的电势与通过它的电流成正比(欧姆定律在1827年才确立)。当时还无法测量电流强度,据说他勇敢地用自己的身体当作测量仪器,以从手指到手臂何处感到电振动来估计电流的强弱。 卡文迪许的重大贡献之一是1789年完成了测量万有引力的扭秤实验,后世称为卡文迪许实验。他改进了英国机械师米歇尔(John Michell,1724~1793)设计的扭秤,在其悬线系统上附加小平面镜,利用望远镜在室外远距离操纵和测量,防止了空气的扰动(当时还没有真空设备)。他用一根39英寸的镀银铜丝吊一6英尺木杆,杆的两端各固定一个直径2英寸的小铅球,另用两颗直径12英寸的固定着的大铅球吸引它们,测出铅球间引力引起的摆动周期,由此计算出两个铅球的引力,由计算得到的引力再推算出地球的质量和密度。他算出的地球密度为水密度的5481倍(地球密度的现代数值为5517g/cm3),由此可推算出万有引力常量G的数值为 6754×10N·m²/kg²;(现代值前四位数为6672)。这一实验的构思、设计与操作十分精巧,英国物理学家JH坡印廷曾对这个实验下过这样的评语:“开创了弱力测量的新时代”。 卡文迪许在1766年发表了《论人工空气》的论文并获皇家学会科普利奖章。他制出纯氧,并确定了空气中氧、氮的含量,证明水不是元素而是化合物。他被称为“化学中的牛顿”。 卡文迪许一生在自己的实验室中工作,被称为“最富有的学者,最有学问的富翁”。卡文迪许于公元1810年3月10日去世。
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