切削下來的金屬屑截面微觀機械樣品加工分析顯微鏡
杰明·富蘭克林( Benj amin Franklin)發展了一個理論，認為電是
一種不可見的流體。富蘭克林假設在帶正電荷的物體中這種流體“太多”
，而帶負電荷的物體中這種流體“太少”+。當這樣的物體相互接觸，流體
從一個流向另一個，就像將一個存有壓縮空氣的汽缸和一個氣球連接起來
然后打開閥門。而不太被記起的是富蘭克林與大部分同時代的人一樣，對
熱抱有相似的觀念。在這個圖景中，熱也是一種不可見的流體，在熱物體
中“太多”，在冷物體中“太少”。讓這樣的物體相接觸，流體將會流動
直到每個物體中的液體有相同的“壓強”——或者說，直到兩個物體有相
同的溫度。
熱的流體理論表面上看來有一點道理。一個大的物體比小的物體需要
更多
的熱流來將其溫度升高一度。這類似于一個大的氣球比一個小的氣球需
要更多的空氣使其內部氣壓增加到，例如，1.1倍于大氣壓。然而，今天我
們相信富蘭克林關于電的理論完全是正確的，但熱的流體理論則完全錯誤
。這些看法上的改變源于何處呢？與富蘭克林同時代的湯普森(Benjamin T
hompson)也對熱的問題感興趣。1775年，在他匆忙離開美洲的殖民地以后
（那時他是英國的間諜），湯普森最終成為巴伐利亞公爵的一名宮廷將軍
。他在宮廷中的職務為武器制造。在給加農炮炮筒鏜孔（鉆孔）時，一個
奇怪現象引起了他的好奇。鉆孔需要做很多功，在那個年代是用馬匹來提
供的。同時摩擦也產生了很多熱量。如果熱是一種流體，可以預期摩擦能
將其從一個物體轉移到另一個物體，正如你給貓梳毛時，梳子和貓將會帶
相反的電荷。但是在加農炮炮筒變熱的過程中，鉆頭并沒有變冷！它們全
都變熱了。此外，熱的流體理論似乎暗示最終加農炮炮筒將耗盡它的熱流
而不能再繼續摩擦生熱了。但湯普森觀察到的并非如此。水浴中的一個炮
筒產生的熱量足以使周圍的水沸騰。將水浴換成冷水，最終也會沸騰，而
且可以反復進行下去。在對水的加熱上，一個嶄新的加農炮炮筒相比于一
個已經使很多升水沸騰過的炮6 簡，既不更好也不更差。湯普森還稱量了
切削下來的金屬屑的質量，而且發現這一質量加上鉆孔后炮筒的質量就等
于原來炮筒的質量，因此并沒有材料物質損失。
然而湯普森注意到，如果停止對系統做功，則摩擦生熱也立刻停止。
這是一個很有啟發性的觀察。隨后，焦耳（James Joule）和亥姆霍茲(Her
mann vonHelmholtz)在1847年獨立發表的工作大大前進了一步。焦耳和亥
姆霍茲將湯普森的定性觀察提高到了定量的定律：摩擦產生的熱等于克服
摩擦所做的功與一個常數的積，或者產生的熱一輸入的機械能×0. 24 cal
/J。 (1.2)先解釋一下這個類似于速記的公式。測量熱的單位是卡(cal
orie)：1 cal約等于讓。富蘭克林對電荷符號的約定是不合適的�，F在我
們知道，他的約定中的主要栽流子即電子，實際上帶一個單位的負電。因
此，更精確的表達應該是正電物體帶有的電子太少，而負電物體帶有的電
子太多。
