26-06-27 19:13 微博认证:教育博主 《英语语法新逻辑》作者 教育培训答主

有了AI以后,我的求知欲无限膨胀。

初中里面死活理解不了的东西,AI终于给我解惑了。

我在学初中物理的时候就非常的困惑。你说这个东西做功是多少个焦耳,你这个焦耳是怎么得出来的?我怎么知道它就是这么多个焦耳。

因为这个问题没有得到解答,所以我学做功的这一块的时候,总是心里很膈应。感觉学的是个假物理。

今天突然想起来这个问题,问了一下AI。下面的回答我看懂了。

一切回到两样东西:水和温度
最早定义"1卡路里"的方法特别朴素:
把 1 克水加热升高 1°C,所需要的热量,就是 1 卡。
那怎么测?拿一个弹式热量计(bomb calorimeter),这是最直观的物理仪器,原理特别简单:
把食物放进一个密封的钢罐("炸弹")里,充满氧气

把钢罐泡在已知质量的水里

用电引燃食物,让它彻底烧掉
测水温升高了多少
然后一算就出来了:释放的热量 = 水的质量 × 水的比热容 × 升高的温度
比如你烧了 1 克面包,水温升高了 4°C,那它释放的能量就是 4000 卡(食物的"大卡"其实是千卡,所以是 4 大卡)。
你每天吃进去的食物,营养成分表上的热量数字,最早就是这么实测出来的。

焦耳呢?
焦耳的定义更偏力学,但也跟水有关。
历史上最著名的实验(焦耳实验,1843年) 是这样的:
一个容器装水,水里放一个桨叶
绳子绕过滑轮,一端挂重物,另一端连着桨叶
重物下落(重力势能转化成动能),带动桨叶搅水
水被搅动,水温微微升高
重物下落做的功:W = mgh(已知质量 × 重力加速度 × 下落高度)——这个能量是焦耳。
水温升高的热量:Q = mcΔT(水的质量 × 比热容 × 温度变化)——这个能量是卡路里。
两者相等,就定出了关系:
1 卡 = 4.184 焦耳
所以今天你看到"100克牛排含 200 大卡",同时也可以说它含 836.8 千焦,就是通过这个换算关系来的。
那今天怎么测的?
现在的仪器原理一样,但更精密了:
食物热量 → 弹式热量计
食物烧了,看水温升多少

或者测氧气消耗量(因为燃烧消耗的氧气跟释放的能量有固定比例关系),这就是更简便的推算方法
日常能量的焦耳 → 电学定义
现代最精确的焦耳是用电定义的:1 焦耳 = 1 瓦特 × 1 秒
用标准电阻和标准电压,电能→热能,反推热量——比当年用重物下落准得多

发布于 重庆