再论恢复卡路里(calorie)作为热能计量标准单位的建议

    在2008年第4期的国防技术基础月刊中，我们曾以同样题目阐述了建议，但由于论述不详，而又事关国际标准重大变化的讨论，故不得不再次进言，抛砖引玉。在共同论证下走出误区，以促进科技与教学的进步。这应是当今科学发展观的指导思想在标准化工作领域的一种体现。

    一、 回顾历史长河、正本清源

    1686 年，牛顿第一和第二运动定律确立了“力”（Force，f）和“功”（Work，w）的定义及相应的计量单位：牛顿（Newton，N）和焦耳（Joule，J）。为便于后面的讨论，重述两单位定义如下：

    使 1kg 质量加速度为 1 m/s²的力为 1N。用1N 的力推行 1m 距离（L）所作的功为 1J。

    注意，推行的方向与力的方向必须一致，如图 1 成夹角θ时，则 W=（f cos θ）·L ,其分力f sinθ是不计入功的。而我们后面所提到的误区恰好是由此而产生。

    为简化，设θ为零，按牛顿力学得功与能的关系为：

式中：v ——速度；

   t ——时间。

    从（1）式得出能作“功”的就是“能”的定义（Energy is the capacity for doing workor the power of doing work）。

    关于“热”如何被确认为是一种“能”的形态，在前一篇论述中已略有提及，现有必要补充雷门·福特（Coant Rumford）对这一认知的贡献。大约在1800年，雷氏受火炮炮膛钻孔产生大量热的启发，通过实测得出机械功（Nechanical work）与所产生的热成固定比例关系，从而首先提出“热能”这一概念。之后历经40年的实验与生产实践（蒸汽机的出现），进一步充实和完善热为能的一种形态的论证（Heat is a form of energy）。

    计量热能的单位为卡路里（calorie,cal），常用的定义为：将 1 克（g）的水在 1 个大气压下由14.5℃升高到 15.5℃ 所需的热量就是1cal。由于各行各业在漫长岁月中，对升高 1℃的起点各有不同，如上述为 14.5℃到 15.5℃（称 15℃卡路里），还有19.5℃ 到20.5℃(称20℃卡路里),3.5℃到 4.5℃(称 4℃卡路里)。更有所谓“平均卡路里”（Mean calorie）的，其定义为将1克不含空气的水，在1个大气压下由0℃升高到100℃所需热量的百分之一（ 1/100 ）定为 1 个卡路里等等。这是历史进程中遗留的问题，正需要统一、标准化。它们之间的偏差，以“15℃卡路里”与“平均卡路里”为例，在 0.03% 以内，规范起来是不难的。

    1843 年，焦耳（James Joule）以精确的实验完成了雷门·福特所需求的机械功与热能的关系，称“功的热当量”（Mechanical equivalentof heat），具体数据是：