热力学第一定律与第一类永动机（永动机是不可能的）
热力学第一定律与第一类永动机（永动机是不可能的）焦耳
12月24日焦耳诞生。
他主业是啤酒厂老板，却发现了焦耳定律，提出了能量守恒定律，奠定了热力学三大定律基础，在西敏寺里与牛顿平起平坐。他的能量守恒定律也就是热力学第一定律，证明永动机是不可能的。
本期扮演中，丁主播出演啤酒厂老板焦耳解释永动机。
今天的节目时长大概29分钟，适合上学路上或临睡前家长和小朋友一起收听。
焦耳
12月24日是焦耳诞生的日子。
1818年的今天，焦耳出生在英国曼彻斯特一个酿酒师家庭，长大以后继承家业当了啤酒厂老板。就是这位把科学当副业的酒厂老板，发现了焦耳定律，测量出了热功当量，提出了能量守恒定律，奠定了热力学三大定律的基础，在西敏寺里留有纪念碑，与牛顿平起平坐。
西敏寺内的焦耳纪念碑
他虽然主业是啤酒厂老板，但他也曾拜在道尔顿的门下，受到道尔顿理论结合实践的影响。他在啤酒厂里尝试电动机替代蒸汽机，通过试验发现电流产生的热量与电流强度、电阻和通电时间有关，并给出了公式，这就是著名的焦耳定律也叫焦耳公式。但当他将实验成果拿到英国皇家学会发表时，却被当成一个来自乡下的业余科学家。
年轻时的焦耳
他没有放弃，继续通过试验，发现发电机的机械能可以转化成电能，电能加热水又能转换成热能，能量之间是可以互相转化的。这个试验也直接否定了拉瓦锡在1873年提出的热质说。根据试验结果，焦耳计算出热能与机械能之间存在一个确定的比例关系，也就是一千卡的热量相当于460千克米的功，这就是最早的热功当量值。不过，他的这个成果再次受到了皇家学会的冷遇。
焦耳使用过的电动机装置
接下来，他改进了试验方案，设计出被称为有史以来最巧妙的实验——用重物的下降距离来代替之前转动发电机，这样便可以精确测出机械能的大小。这次他将热功当量的值精确到了423.9千克米/千卡。虽然这一成果仍然没有得到皇家学会的重视，但很快其他科学家也通过试验得到类似的数据，于是焦耳的发现震惊了整个科学界。
焦耳设计的测热功实验方案
他的试验还证明了一个现象，那就是机械能、电能、热能之间互相转化，能量不会凭空增加也不会凭空消失，即能量守恒定律，后来被称为热力学第一定律。在他的能量守恒定律基础上，开尔文等科学家发现，不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响，也就是热力学第二定律。以及不可能达到绝对零度的热力学第三定律。
焦耳与热力学第一定律
从古至今，一直有科学家或称幻想家在试图制造一种不需要能源可以永远运转下去的机器，也就是永动机。13世纪时法国人亨内考提出的魔轮，1881年美国人约翰·嘎姆吉为美国海军设计的零发动机，这都是著名的永动机的例子。可是迄今为止，还没有一个永动机的实例真正做到了永远运转下去。而只要承认热力学三大定律，我们就可以知道永动机是永远无法实现的。
最经典的永动机
本期的角色大扮演中，丁主播出演焦耳，他给我们用啤酒厂老板版的热力学三大定律解释，永动机为什么是不可能的。
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