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浅谈玻义耳－马略特定律发现的历史
张晓森
（安徽理工大学理学院 安徽 淮南 232001）
气体等温变化的玻义耳－马略特定律是高中物理教材中少有的以两位物理学家命名的规律，本文目的就是想根据一些史料，在了解物理学家和定律历史证明的基础上，走近伟人的探索发现之路，通过对定律的相关问题给出较为完整的阐述，以期帮助加深同学对该定律的理解和掌握。
波义耳生于爱尔兰沃特福德郡的利兹莫尔城堡，他出身贵族，家境富裕。童年时，他并不显得特别聪明，他很安静，说话还有点口吃。但是比起他的兄长们，他却是最好学的，酷爱读书，在伦敦郊区的伊顿公学学习了近四年时间以后，波义耳在法国家庭教师陪伴下出国学习，在日内瓦度过了两年，在这里他学习了法语、实用数学和艺术等课程，1641年，波义耳游历欧洲，年底到达意大利。就在意大利，他阅读了伽利略的名著《关于两大世界体系的对话》。这本书给他留下了深刻的印象，20年后他的名著《怀疑派化学家》就是模仿这本书的格式写的。1643年他的父亲死于战争，为他留下了庄园和遗产。1644年他回到爱尔兰，看守庄园同时开始了他的科学研究。 1646年波义耳应邀加入了由威尔金斯组织的群众性科学社团——哲学学会（又称无形学院）这一社团成员常常在波义耳的庄园聚会交流。1654年受威尔金斯邀请波义耳前往牛津大学工作，在自己的祖传领地上建立了实验室，聘请罗伯特·胡克为助手开始对气体和燃烧进行研究。和当时的许多科学家一样，波义耳首先研究的对象也是空气。通过对空气物理性质的研究，特别是真空实验，他认识到真空所产生的吸力乃是空气的压力。波义耳定律的发现是在在1662年，当时有人对波义耳所宣扬的空气压力观点持反对态度，说支持水银柱的压力并不是空气压力，而是某种看不见的纤维线，这种荒谬的批评加快了波义耳发现以自己名字命名的定律的步伐。他做了一系列实验来考察空气的压力和体积的关系，并推导出空气的压力和它所占体积之间的数学关系。 在他的著作《关于空气弹性及其物理力学的新实验》中，他明确地提出：空气的弹性和它的体积成反比。波义耳用了一段封闭的弯管，将水银从开口一端倒入，使空气聚集在封闭的那一端。随着他不断地倒入水银，封闭的空气柱受到压力体积变小，但是其支持的水银柱变得更高了，这就表明空气在压缩时可以产生更大的压强。波义耳使封闭空气的压力在291英寸到117英寸高的水银柱之间变化，重复试验约40次，按照假设“压力和膨胀成816反比”去比较观察值，发现观察值和理论值符合的相当好。波义耳常说，“要想做好实验，就要敏于观察”。气体等温变化规律是人类历史上第一个被发现的定律，就认识大气、利用大气为人类服务而言，这一定律是极为重要的。 在波义耳发表它的定律14年以后，杰出的法国物理学家马略特也独立地发现这一结果，所以在法国，人们经常称它为马略特定律。马略特出生于法国的希尔戈尼的迪戎城，他一生的大部分时间是在这个城市度过的。他酷爱科学，对物理学有广泛的研究，他作风严谨，研制了多种物理实验仪器，善于用实验证实和发展当时重大的科学成果，正如波义耳是英国皇家学会创始人之一一样，马略特也是法国科学院的创建者之一，并成为该院第一批院士。 马略特在1676年发表在《论气体的性质》论文中表明：一定质量的气体在温度不变时其体积和压强成反比。他在论文中叙述了自己的实验和结论：“用一根40英寸长的玻璃管，将水银注入到2711英寸高，于是管内还有12英寸是空气。当我将该管浸人容器的水银中221英寸时，剩下39英寸的管中只有14英寸是水银，25英寸是空气。它比原来空气膨胀了1倍。”根据重复实验得出结论：“空气的稠密程度与其负载的重量成比例是一种固定的规律或自然律。”马略特比波义耳更清楚地认识到这个定律的重要性，他预言了这个定律的各种应用，例如他指出可根据气压计的读数来计算地方的高度。他测量了很深的地下室中的水银柱高度，和坐落在巴黎高地的气象观测站中的水银柱高度，通过比较获得了用气压计估计高度的近似公式。 由于波义耳和马略特两人是各自分别独立确立定律的，在英国这一定律常常被称为波义耳定律，而在欧洲大陆则被称为马略特定律。波义耳发表时间较早，但是马略特明确地指出了温度不变是该定律的适用条件，定律的表述也比波义耳的完整，实验数据也更令人信服，因此这一定律后被称为波义耳－马略特定律。 参考文献： ［1］ 弗·卡约里．物理学史[M]．桂林：广西师范大学出版社，2008． ［2］ 郭奕玲．物理学史[M]．北京：清华大学出版社，2004． ［3］ 丹皮尔．科学史[M]．北京：中国人民大学出版社，2010．
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