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  • 称量地球第一人——亨利·卡文迪许

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    亨利卡文迪许(henry cavendish,又译亨利卡文迪什,1731年10月10日—1810年2月24日),18世纪英国物理学家、化学家。他首次对氢气的性质进行了细致的研究,证明了水并非单质,预言了空气中稀有气体的存在。发现了库仑定律和欧姆定律,将电势概念广泛应用于电学,并精确测量了地球的密度,被认为是牛顿之后英国最伟大的科学家之一。

    亨利.卡文迪许是百万富翁。他一生从事于化学和物理学的研究。他发现了很多前人不知道的事物。亨利生性怪癖,沉默寡言,曾经有科学史家说:“他是有学问的人当中最富有的,也是富人当中最有学问的?!焙嗬ㄎ牡闲硪簧磷碛牖У敝?,为我们后人做出了很多贡献,我们应该尊敬这位伟大的科学家。

    卡文迪什家族是一个历史很悠久的英国贵族家庭。1731年查尔斯卡文迪什和他妻子,肯特公爵的女儿安妮在尼斯疗养,10月亨利卡文迪什在尼斯诞生??ㄎ牡鲜泊有〗邮芰己玫募彝ソ逃?,11岁进入很有名的??死籽г?。1749年11月进入剑桥大学的圣彼得学院,但因不满当时剑桥刻板的学习和学位制度而于1753年2月退学,查尔斯卡文迪什对儿子退学而没有获得应得的学位而愤怒,并决定每年只给他120镑的零用钱??ㄎ牡鲜苍谂分薮舐铰眯幸欢问奔浜蠹炊ň勇锥?,自己购买书籍和实验仪器,开始了他长达50余年的科学探索。

    在18世纪期间,英国的一些化学家,如布拉克以及普利斯特里等人,都是出身于中产阶级的学者。

    亨利.卡文迪许生于1731年10月10日,那时他的母亲正在法国休养,所以他生在法国南部??ㄎ牡闲淼淖娓负屯庾娓阜直鹗堑挛目す艉涂咸毓?。他是在牛顿病故四年后出生的,他读过牛顿的全部著作,一生最佩服牛顿的学识和为人。
    卡文迪许的父亲是当时有名的学者,所以,卡文迪许从小就得到父亲的鼓励,希望他在学术上能有所成就。11岁的时候,他被送到当时著名的贵族中学学习了8年之久。到1749年,他18岁,进了剑桥大学,

    一直到1753年,他22岁,因为不赞成剑桥大学的宗教考试,所以没取得任何学位,他离开了大学。

    卡文迪许离开剑桥大学后,就跟父亲旁听英国皇家学会的会议,每个星期四中午,参加学会的聚餐。到了1760年他被选为皇家学会会员。这一头衔的荣耀持续。在英国,凡是有fsr(皇家学会会员)头衔的人,依然受到人们的尊敬。

    在18世纪时,还没有公家办的实验室。所以卡文迪许在自己家里装备了一座规模相当大的实验室,他终身在自己家里做实验工作。
    他一生没有结婚,过着独身生活。曾经有人说:“没有一个活到80岁的人,一生讲的话像卡文迪许那样少的了?!?/font>

    在一本《化学史》书上,曾举出卡文迪许最怕交际的一件事例。有一天一位英国科学家携同一位奥地利科学家到班克斯爵士的家里做客,正巧卡文迪许也在座。班克斯便介绍他们相识。在互相介绍时,班克斯曾对这位远客盛赞卡文迪许,而这位初见面的客人更是对卡文迪许说出非常敬仰他的话,并说这次来伦敦的最大收获,就是专程拜访这位名震一时的大科学家??ㄎ牡闲硖秸饣?,起初大为忸怩,最后完全手足无措,便从人丛中冲出了室外,坐上他的马车赶回家去了。从这段记载可以看出卡文迪许为人性格孤僻。

    卡文迪许公开发表的论文并不多,他没有写过一本书,在长长的50年中,发表的论文也只有18篇。除了一篇在1771年发表的论文是理论性的以外,其余的论文内容都是实验性和观察性的,大部分是关于水槽化学方面的,先后发表在1766年到1788年的英国皇家学会的期刊上。

    卡文迪什在1766年发表了他的第一篇论文《论人工空气》,“人工空气”一词为波义耳首创,用来指存在在某种物质中,通过化学反应可以释放出来的气体。如普利斯特里通过碳酸盐与酸反应生成的二氧化碳。在文章中卡文迪什在严格保持温度和压强条件的前提下,对当时已知的各种气体的物理性质,特别是密度进行了严谨而细致的研究,并首先研究出二氧化碳、氢气等气体的收集方法,较系统地研究了二氧化碳和氢气的性质。这篇文章使他获得英国皇家学会的科普利奖章。

    1767年,卡文迪许发表的论文介绍了他,关于水和固定空气(二氧化碳)的实验。

    1773年,卡文迪许用两个同心金属球壳做实验,发现了电荷间的作用规律,从而验证了自己的之前的结论——卡文迪许之前曾圆满解释了电荷在导体表面分布并严格遵守距离平方反比律的原因。

    1781年,卡文迪什采用铁与稀硫酸反应而首先制得“可燃空气”(即氢气),随后测定了它的密度,研究了它的性质。他测出氢气和氧气化合成水时的体积之比为2.02:1,从而证明了水不是元素而是化合物。

    在1783年他研究了空气的组成成分,做了很多试验,发表的论文的题目是“空气试验”。也就是这个时候,他发现水是由氢和氧两种元素组成的。他还发现了硝酸。

    还有一部分是关于液态物质凝固点的研究,发表于1783年到1788年。

    1797年,卡文迪许最后的一项研究十分著名的,是关于地球平均密度的问题。他在改良约翰米切尔设计之后,通过实验测量了地球平均密度??ㄎ牡闲硖岢龅氖质?.448克/厘米,公认的是5.48克/厘米。这说明当时试验已经相当准确。这项实验同时实验验证了牛顿的万有引力定律,确定了引力常数,被后人称为“卡文迪许实验”。

    卡文迪许在热学理论、计温学、气象学、大地磁学等方面都有研究。1798年他完成最后的实验时,已年近七十。

    在他逝世以后,人们发现他有大量文稿,一直藏着未经公开发表。这部分未发表的论文相当多,电学部分由19世纪的大物理学家马克斯维尔门教授整理后在1879年出版,化学和力学部分是由爱德华.普索于1921年主编出版的。

    在卡文迪许漫长的一生中,他取得了一系列重大发现——其中,他是分离氢的第一人,把氢和氧化合成水的第一人。

    卡文迪许指出收集固定空气(二氧化碳)必须用汞代替水;用物理方法测出了固定空气(二氧化碳)的密度是空气密度的1.57倍。从实验上证明了固定空气(二氧化碳)能溶解于同体积的水中,且与动物呼出的、木炭燃烧后产生的气体相同。他还发现在普通空气中,若固定空气(二氧化碳)的含量占到总体积的1/9,燃烧的蜡烛在其中就会媳灭。他测出了酸从石灰石、大理石、珍珠灰等物质中排出固定空气的重量,计算出这些物质中固定空气的含量。这些实验研究使人们对二氧化碳的性质有了更多的了解。

    卡文迪许1767年发表的论文介绍了他,关于水和固定空气的实验。将一个深水井的井水进行煮沸,发现有固定空气逸出,同时产生白色沉淀。他认为白色沉淀和固定空气原先都是溶于水的,它们可能是溶于水中的石灰质土。为了证明这一看法,他在清澈的石灰水中通入圃定空气,开始时产生乳白色沉淀,继续通入固定空气后,沉淀复又溶解,溶液再次澄清透亮。这时他将这溶液煮沸,立刻就象井水那样释放出固定空气(二氧化碳)并产生白色沉淀。

    卡文迪许的这一实验和他的解释使人们认清了一个常见的自然现象。在石灰岩遍布的地区,含有二氧化碳的雨水或泉水流经石灰岩地层、慢慢地溶解部分石灰石形成重碳酸盐溶液。这些溶液在石岩中缓慢下滴时,可能因温度变化或水汽蒸发,二氧化碳乘机逸去,碳酸钙结晶析出,日积月累,逐渐形成了石钟、石乳、右笋等奇特的景象??λ固氐匦喂乖煊辛丝蒲У慕馐?。

    卡文迪什于1781年采用铁与稀硫酸反应而首先制得“可燃空气”(即氢气)他使用了排水集气法并对产生的气体进行了多步干燥和纯化处理。随后他测定了它的密度,研究了它的性质。在卡文迪许之前,许多人曾制取过氢气,但是并没有认真研究它。

    卡文迪许用稀硫酸或稀盐酸与金属锌或铁作用获得氢气,发现它点火即燃,不溶于水和碱,比普通空气轻11倍,与已知的其它气体都不一样,从而断定它是一种新的气体。他还发现,一定量的金属与稀酸作用所放出的氢气的多少,与酸的种类、浓度无关,而随金属不同而相异。他发现不管用什么酸来溶解同样重量的某种金属,都能得到相同质量的氢气。

    1781年,卡文迪许用不同比例的氢气和空气的混合物进行爆鸣实验,他根据生成的液体的物理性质确定这种液体就是纯水。他又用氢气和氧气的混合物进行实验,得到同样的生成物。他使用燃素说来解释,认为在酸和铁的反应中,酸中的燃素被释放出来,形成了纯的燃素-“可燃空气”。

    之后当他得知普里斯特利发现在空气中存在“脱燃素气体”(即氧气),就将空气和氢气混合,用电火花引发反应,得出这样的结果“在不断的实验之后,我发现可燃空气可以消耗掉大约1/5的空气,在反应容器上有水滴出现?!彼纱巳隙ㄋ怯汕夂脱踝槌傻?,并测出氢气和氧气化合成水时的体积之比为2.02:1,从而证明了水不是元素而是化合物。

    对于氢气在氧气中燃烧可以生成水这一点的发现权,当时曾引起了争论。因为普里斯特利,瓦特,卡文迪什都作过类似的实验。

    1785年瓦特被选为皇家学会会员,争论以当事人的和解而告终。

    卡文迪什敏锐地注到了,生成的水中有少量的硝酸存在。他认为这是反应用的

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