图5,凯文勋爵
凯文勋爵的父亲是格拉斯哥大学的教授。他很小的时候就学会了法文和拉丁文,10岁就开始在格拉斯哥大学听课,14岁时还获得学校的金奖。16岁时他进入剑桥大学读书,不久就发表了第一篇文章。毕业后他去法国进修了一年,期间他学习了傅里叶(Joseph Fourier,1768—1830)的热传导和卡诺(Sadi Carnot, 1796—1832)的卡诺循环。1846年凯文回到格拉斯哥大学任教,这时他才24岁。他在格拉斯哥大学工作了51年,一直到75岁退休。为了不让自己闲着,他又注册成为了一名学生。所以他曾经即是格拉斯哥大学最年轻又是最年长的学生。
1848年,凯文提出了绝对温标。他注意到随着压力(Pressure, P)的降低,气体的温度(Temperature, T,以摄氏温标℃为单位)也随之降低。按照这个趋势延伸,不管是什么气体,在温度为-273.15度时,压力就会为零(图6),即气体变成了固体。据此,他提出了凯氏温标。这个温标的增量值与摄氏温标的增量值是一样的。但其0度是摄氏温标的-273.15度。因此,凯氏温标与摄氏温标有个简单的换算公式:
图6,绝对温标图说
凯文勋爵能文能武,在学术上他是热力学、电磁学、地球物理学等多个学科的奠基人。在工程上,他发明了多种仪器仪表,为横跨大西洋的电缆工程和航海导航做出了巨大贡献。此外,他还是最先使用“能量(energy)”一词的人。他有一句名言:“哪里有困难,哪里就有发现。(When you are face to face with a difficulty, you are up against a discovery)”
历史上还有所谓列氏温标(Reaumur,°Ré)和兰氏温标(Rankine,°R)。列氏温标得名于法国博物学家René Reaumur (1683—1757);兰氏温标得名于苏格兰科学家W.J.M. Rankine(1820—1872)。这两个温标现在都已经不再使用。
2019年国际计量委员会用玻尔兹曼常数(Boltzmann constant):
重新定义了绝对温标增量中的1度。这个定义与物质的热特性没有关系,只和热能有关。热能的量度单位是焦耳(J)。1焦耳等于1牛顿(N)乘上1米(m)(即J = N×m)。
我们在一文中介绍过能量的单位“焦耳”和英国科学家詹姆斯·焦耳(James Prescott Joule,1818—1889)。焦耳是凯文勋爵的好朋友。
撰文:杜如虚(加拿大工程院院士)
排版&编辑 | Mosh魔时