物理史话之气体的体积和压力是有关系的马略特

我们在日常生活中,会有这样的经验,当我们在给自行车打气的时候,打气筒越往下压,感觉气筒把越沉,越难压下。我们凭着生活的经验知道,当气筒把向下压的时候,气筒内的气体被压缩了,所以才会显得难以压下。那么气体的体积和压力之间究竟是一个什么关系呢?它们之间的换算公式又是由谁最先发现的呢?且听科普君为你一一道来。

物理史话之气体的体积和压力是有关系的马略特

埃德蒙·马略特

埃德蒙·马略特于1620年出生在法国的第戎,他的父亲是当地的一个市的管理员,马略特是五个孩子中的最小的一个。关于马略特早年的生平,我们并不是很清楚,只知道他的头衔"查兹伊先生"是在1682年他的哥哥去世之后,从他哥哥那里继承来的。其他的事情,我们一概不知。有关于马略特的最早的记载是在1666年,他接受科尔伯特(法国政治家,路易十四的财政大臣,曾担任法兰西学院院士,创办了法国科学院)的邀请,参加法国科学院的创建工作,马略特是法国科学院创始人之一,同时也是法国科学院最早的一批院士之一。马略特在青年时代醉心于科学技术和神学,他的知识面非常广泛,涉及到了力学、光学、植物学、气象学和方法论等。

物理史话之气体的体积和压力是有关系的马略特

法国科学院

马略特现在已知的最早的一本著作是在1667年出版的关于植物学方面的书,1668年,他又发现了眼睛盲点的存在,1673年,他又发表了关于物体碰撞性质的著作。

马略特在物理学上最突出的贡献是1676年发表在《气体的本性》论文中的定律:一定质量的气体在温度不变时其体积和压强成反比。马略特在论文中是这样描述的: "用一根40英寸长的玻璃管,将水银注入到27.5英寸高,于是管内还有12.5英寸是空气。当我将该管浸人容器的水银中1英寸时,剩下39英寸的管中只有14英寸是水银,25英寸是空气。它比原来空气膨胀了1倍。"根据重复实验得出结论:"空气的稠密程度与其负载的重量成比例是一种固定的规律或自然律。"他还预言了这个定律的各种应用,例如他指出可根据气压计的读数来计算地方的高度。他测量了很深的地下室中的水银柱高度,和坐落在巴黎高地的气象观测站中的水银柱高度,通过比较获得了用气压计估计高度的近似公式。实际上这个定律早在1661年就被英国科学家玻意耳首先发现了,因而被称之为玻意耳定律。马略特的发现要比玻意耳至少晚了14年,但是这个定律是他独立发现的,并且比玻意耳的定律更加的深刻和完整,因此在法国通常称之为马略特定律。马略特明确地指出了温度不变是该定律的适用条件,实验数据令人信服,因此这一定律后被称为玻意耳--马略特定律。

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玻意耳定律

马略特对流体力学进行了深入的实验研究,并将结果写成题为《论水和其他流体的运动》的著作,该书在马略特身后的1686年发表。其中特别讨论了流体的摩擦问题。解决了当时流体研究中理论与实验结果之间存在的许多差异。他发现:流体要在一定压力下才能流动,并给出了计算管壁压强的公式。对于管中流体的运动、喷水的高度等问题,都从理论和具体技术上进行了研究,推进了流体力学的发展。他还研究了春潮时期的水源问题,根据对塞纳河流域的水量的粗略估计,得出了春潮来源于雨水和冰雪融化的结论。他还结合水力学研究了材料强度问题。

马略特还在1679年发现了火的热辐射和光线的区别。他指出,火的热辐射根本通不过玻璃,或者只通过很少一点,而火光却能通过玻璃。他还用一个冰透镜,将太阳光聚焦,点燃了放在焦点处的火药。他先把纯水煮沸半小时驱除水中的空气,然后将水凝固成二、三英寸厚的冰板。这样做出的冰板几乎没有气泡,非常透明。将做好的冰板放在一个球状凹陷的小容器里,并把容器放在火的近旁,不断翻动冰板,使表面的冰融化,直到冰块的两面都呈球状。再戴上手套握住这块冰透镜的边沿,放在太阳光下面,在焦点附近放上火药,一会儿火药就被点着了。

马略特还从植物研究中推断出:植物通过化学过程合成各不相同的物质。这一理论在他死后很久才得到证实。他还通过观察把植物体内液汁的压力比作动物体内的血压。


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