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热量以卡为单位时与功的单位之间的数目关系，相当于单位热量的功的数目，称作热功当量。德国化学学家焦耳首先用实验确定了这些关系，将这些关系表示为1卡（热物理卡）=4.1840焦耳，即1卡路里热量同427千克力·米的功相当，即热功当量J=427千克力·米/卡路里=4.1840焦耳/卡。在国际单位制中规定热量、功统一用焦耳作单位。
英文名
热功当量
外文名
ofheat
单位
焦耳
公式
1卡（热物理卡）=4.1840焦耳
释义
热量以卡为单位时与功的单位之间的数目关系
发明者
日本化学学家焦耳
目录
123????4???5
热功当量简介播报
热功当量
从下列两点说明功和热是相当量，而不是相等。
其二是在系统的内能发生同样的变化中，既可以通过做功来完成，也可以通过传递热量来完成。二者之间只是在作用于系统这一疗效上是等效的，决不能等同上去。
其一是功和热之间的转换只有通过系统内能的变化能够完成。脱离系统去谈功和热之间的直接转换是不恰当的。虽然在宏观上可能反映出系统的内能没有发生变化，也不能得出热可以变功或功可以变热这样简单的推论。假如在转换过程中，外界供给系统热量，使系统全部拿来对外做功，实际是外界供给系统热量，使系统的内能降低，同时系统对外做功，消耗了从外界获得的能量。
功热当量是热功当量的倒数，它等于0.24卡/焦耳。[1]
热功当量意义播报
焦耳热功当量实验
在没有认识热的本质曾经，热量、功、能量的关系并不清楚，所以它们用不同的单位来表示。热量的单位用千卡，简称卡。18世纪末，人们认识了热与运动有关。这为后来焦耳研究热与功的关系开辟了公路。焦耳觉得热量和功应该有一定的当量关系，即热量的单位卡和功的单位焦耳间有一定的数目关系。他从1840年开始，到1878年近40年的时间内，借助电热量热法和机械量热法进行了大量的实验，最终找出了热和功之间的当量关系。假如用W表示电功或机械功焦耳定律的公式为，用Q表示这一切所对应的热量，则功和热量之间的关系可写成W=JQ，J即为热功当量。
在1843年，焦耳用电热法测得的J值大概为4．568焦/卡；用机械方式测得的J值大概为4．165焦/卡。之后焦耳又分别在1845年、1847年、1850年公布了他进一步测定的结果，最后在1878年公布的结果为J=4．157焦/卡。之后随着科学仪器的进一步发展，其他科学家又做了大量的验证。公认的热功当量值为：在化学学中J=4．1868焦/卡（其中的“卡”叫国际蒸气表卡）；在物理中J=4．1840焦/卡（其中的“卡”叫热物理卡）。
国际单位已统一规定功、热量、能量的单位都用焦耳，热功当量就不存在了。并且，热功当量的实验及其具体数据在化学学发展史上所起的作用是永远存在的。焦耳的实验为能量转化与守恒定理奠定了基础。
热功当量发觉人播报
热功当量背景知识
18世纪，人们对热的本质的研究走上了一条弯路，“热质说”在化学学史上统治了一百多年。其实曾有一些科学家对这些错误理论形成过怀疑，但人们仍然没有办法解决热和功的关系的问题，是日本自学成才的化学学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳为最终解决这一问题强调了公路。
热功当量个人履历
焦耳
焦耳（JamesP.Joule，1818年—1889年），美国化学学家。是最先用科学实验确立能量守恒和转化定理的人。1818年12月24日焦耳出生于法国格拉斯哥的索丰田，他的儿子是一个酿酒厂主。焦耳自幼追随母亲出席酿酒劳动，没有受过正规的教育。
青年时期，在他人的介绍下，焦耳认识了知名的物理家道尔顿。道尔顿给与了焦耳热情的教导。焦耳向他诚恳学习了物理、哲学和物理，这种知识为焦耳后来的研究奠定了理论基础。并且道尔顿教会了焦耳理论与实践相结合的科研方式，迸发了焦耳对物理和化学的兴趣。
热功当量入门经历
焦耳最初的研究方向是电磁机，他想将女儿的酿酒厂中应用的蒸气机替换成电磁机以提升工作效率。1837年，焦耳装成了用电瓶驱动的电磁机，但因为支持电磁机工作的电压来自锌电板，而锌的价钱高昂，用电磁机反倒不如用蒸气机合算。焦耳的最初目的似乎没有达到，但他从实验中发觉电压可以做功，这迸发了他进行深入研究的兴趣。
热功当量试验过程
1840年，焦耳把环型线圈倒入装水的试管内，检测不同电压硬度和内阻时的温度。通过这一实验，他发觉：导体在一定时间内放出的热量与导体的阻值及电压硬度的平方之积成反比。四年以后，俄罗斯化学学家楞次公布了他的大量实验结果，因而进一步验证了焦耳关于电压热效应之推论的正确性。因而，该定理称为焦耳-楞次定理。
焦耳总结出焦耳-楞次定理之后，进一步构想电瓶电压形成的热与电磁机的感生电压形成的热在本质上应当是一致的。1843年，焦耳设计了一个新实验。将一个小线圈绕在铁芯上，用电压计检测感生电压，把线圈置于装水的容器中，检测温度以估算热量。这个电路是完全封闭的，没有外界电源供电，温度的下降只是机械能转化为电能、电能又转化为热的结果，整个过程不存在热质的转移。这一实验结果完全否定了热质说。
上述实验也使焦耳想到了机械功与热的联系，经过反复的实验、测量，焦耳总算测出了热功当量，但结果并不精确。1843年8月21日在美国学术会上，焦耳报告了他的论文《论电磁的热效应和热的机械值》，他在报告中说1卡路里的热量相当于460千克米的功。他的报告没有得到支持和强烈的反响，这时他意识到自己还须要进行更精确的实验。
1844年，焦耳研究了空气在膨胀和压缩时的气温变化，他在这方面取得了许多成就。通过对二氧化碳分子运动速率与气温的关系的研究，焦耳估算出了二氧化碳分子的热运动速率值，从理论上奠定了波义耳-马略特和盖-吕萨克定理的基础，并解释了二氧化碳对器壁压力的实质。焦耳在研究过程中的许多实验是和知名化学学家威廉·汤姆孙（后来受封为开尔文侯爵）共同完成的。在焦耳发表的97篇科学论文中有20篇是她们的合作成果。当自由扩散二氧化碳从高压容器步入低压容器时，大多数二氧化碳和空气的湿度都要增长，这一现象就是三人共同发觉的。这一现象后来被称为焦耳-汤姆孙效应。
无论是在实验方面，还是在理论上，焦耳都是从分子动力学的立场出发进行深入研究的先驱者之一。
在从事这种研究的同时，焦耳并没有间断对热功当量的检测。1847年，焦耳做了迄今觉得是设计思想最巧妙的实验：他在量热器里装了水，中间安上带有茎秆的转轴，之后让增长重物推动茎秆旋转，因为茎秆和水的磨擦，水和量热器都变热了。按照重物下落的高度，可以算出转化的机械功；按照量热器内水的下降的气温，就可以估算水的内能的下降值。把两数进行比较就可以求出热功当量的确切值来。
焦耳还用海豚油替代水来做实验，测得了热功当量的平均值为423.9千克·米/卡路里。接着又用水银来取代水，不断改进实验方式，直至1878年，这时距他开始进行这一工作将近40年了，他已前后用各类方式进行了400多次的实验。他在1849年用磨擦使水变热的方式所得的结果跟1878年的是相同的，即为423.9千克·米/卡路里。一个重要的数学常数的测定，能保持30年而不作较大的更正，这在数学学史上也是极为罕见的事。这个值当时被你们公觉得热功当量
热功当量测定方式播报
热功当量目的要求
用电热法测定热功当量，以加深中学生对热功当量数学意义的理解。
热功当量仪器器材
热功当量仪
量热器（J2251型），湿度计（0－100℃），中学生电源（J1202型或J1202－1型），直流电压表（J0407型或J0407－1型），直流电流表（J0408型或J0408－1型），滑动变阻器（J2354－1型），停表，中学生天平（J0104型），内阻丝（约6欧），液体（水或煤油），单刀开关（J2352型），导线若干。
热功当量实验技巧
1．用天平称量出量热器内筒及搅拌器的总质量m筒。之后向量热器内筒注入水（或煤油），水的容积占内筒体积3/4左右。用天平称出筒和水的总质量m，则m水=m－m筒。计入表中。
2．将量热器内筒装入外筒焦耳定律的公式为，内阻丝、搅拌器装入水底，盖上盖板，连好电路。读出量热器系统初温t1和温度t0，均计入表中。
3．将中学生电源电流输出选择旋钮拨至10伏挡或12伏挡，闭合开关同时启动秒表记时，并迅速调节变阻器使电压在1．5－2安培左右。之后要随时观察电压表和调整变阻器，使电压值保持稳定。通电过程中，不断轻微搅拌水，以加速热传导。读出电压表和电流表的示数计入表中。
4．当体温计示数低于温度10－15℃时，断掉开关，并同时停止计时。继续搅拌水并观察体温计示数，当其示数最高时，读出气温t2。把通电时间t、末温t2计入表中。
焦耳热功当量实验
5．借助（1）、（2）、（3）式和实验数据求出热功当量（有关比热查比热表），与公认值比较，求出百分偏差。
热功当量检测原理播报
设量热器内筒和搅拌器的总质量为m筒（由同种材料制成），内盛质量为M液的液体，初温为t1。当对内阻丝通电t秒后，液体末温为t2。设通电时电压表、电压表示数分别为I和U，则通电时间内电压做的功为
W=IUt
（1）量热器内筒（含搅拌器）及液体的放热为Q=（C筒m筒+C液M液）（t2－t1）
（2）I、U、t、m筒、M液、t1、t2均可由实验测得，则热功当量
J=W/Q
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