英国物理学家、化学家卡文迪什逝世

关键词：卡文迪什 库仑定律 欧姆定律 氢气

亨利卡文迪什（Henry Cavendish，又译亨利卡文迪许、亨利卡文狄西、亨利卡文迪西，1731年10月10日－1810年2月24日），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。## 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。卡文迪什从小接受良好的家庭教育，11岁进入很有名的海克雷学院。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。卡文迪什在欧洲大陆旅行一段时间后即定居伦敦，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。## 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，这篇文章使他获得英国皇家学会的科普利奖章。## 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。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。”随后卡文迪什继续研究氢气和氧气反应时的体积比，得出了2.02:1的结论。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。经过几百次的实验和分析，他得出在今天看来都很精确的结论，空气中有20.833 % 的体积是脱燃素空气（现在测量值是氧气占20.95%）和79.167 %的燃素空气，在燃素空气中有空气总体积的1/120的不易和其他气体反应的浊气。一直到1894年瑞利和拉姆赛发现稀有气体氩，才证实了卡文迪什的推测。## 卡文迪什在电学上进行了大量重要而不为人知的研究。他在1777年向皇家学会提交论文，认为电荷之间的作用力可能呈现与距离的平方成反比的关系，后来被库仑通过实验证明，成为库仑定律。他和法拉第共同主张电容器的电容会随着极板间的介质不同而变化,提出了介电常数的概念，并推导出平板电容器的公式。他第一个将电势概念大量应用对电学现象的解释中。并通过大量实验，提出了电势与电流成正比的关系，这一关系1827年被欧姆重新发现，即欧姆定律。卡文迪什对电学的研究基本都没有发表，詹姆斯克拉克麦克斯韦的最后五年致力于对卡文迪什个人实验记录的整理，于1879年出版了麦克斯韦注释的《卡文迪什的电学研究》，卡文迪什在电学上成果才使世人知晓。## 1797年卡文迪什完成了对地球密度的精确测量。他使用的装置是约翰米切尔设计，但米切尔本人不久去世，将装置遗留给了沃拉斯顿，后被转送给卡文迪什。装置是由两个重达350磅的铅球和扭秤系统组成。为了消除气流干扰，卡文迪什将装置安装在一个不透风的房间，自己则在室外用望远镜观测扭矩的变化。之后他向皇家学会提交报告，给出了目前看来仍然比较精确的地球密度值。这一测量被称为开创了“弱力测量的新时代”。很多文章称卡文迪什求出了万有引力常量，实际上卡文迪什当时只关心地球的密度，并没有涉及其他。而采用卡文迪什的测量结果通过计算可以求出万有引力常量和地球的质量。