【亨利·卡文迪許】英國化學(xué)家_人物百科

亨利·卡文迪許（Henry Cavendish，1731年10月10日——1810年2月24日），英國化學(xué)家、物理學(xué)家。1731年10月10日生于撒丁王國尼斯。1742—1748年在海克納學(xué)校讀書。1749—1753年期間在劍橋大學(xué)彼得學(xué)院求學(xué)。在倫敦定居后，卡文迪許在他父親的實(shí)驗(yàn)室中當(dāng)助手，做了大量的電學(xué)、化學(xué)研究工作。他的實(shí)驗(yàn)研究持續(xù)達(dá)50年之久。1760年卡文迪許被選為倫敦皇家學(xué)會(huì)成員，1803年又被選為法國研究院的18名外籍會(huì)員之一。1810年2月24日，卡文迪許在倫敦逝世，終身未婚。

主要成就

化學(xué)領(lǐng)域

1784年左右，卡文迪許研究了空氣的組成，發(fā)現(xiàn)普通空氣中氮?dú)庹嘉宸种模鯕庹嘉宸种弧Ｋ_定了水的成分，肯定了它不是元素而是化合物。他還發(fā)現(xiàn)了硝酸。

物理領(lǐng)域

卡文迪許生前在物理學(xué)方面發(fā)表的論文為數(shù)極少，一直到麥克斯韋審閱整理并出版了他的手稿后，人們才知道他在電學(xué)方面作出了很多重要發(fā)現(xiàn)。他發(fā)現(xiàn)一對電荷間的作用力跟它們之間的距離平方成反比，這就是后來庫侖導(dǎo)出的庫侖定律內(nèi)容的一部分；他提出每個(gè)帶電體的周圍有“電氣”，與電場理論很接近；卡文迪許演示了電容器的電容與插入平板中的物質(zhì)有關(guān)；電勢的概念也是卡文迪許首先提出的，這對靜電理論的發(fā)展起了重要作用；他還提出了導(dǎo)體上的電勢與通過電流成正比的關(guān)系。

在牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律之后，他是測出引力常量的科學(xué)家。

推算地球密度

卡文迪許測量地球的密度是從求牛頓的萬有引力定律中的常數(shù)著手，再推算出地球密度。他的指導(dǎo)思想極其簡單，用兩個(gè)大鉛球使它們接近兩個(gè)小球。從懸掛小球的金屬絲的扭轉(zhuǎn)角度，測出這些球之間的相互引力。根據(jù)萬有引力定律，可求出常數(shù)G。根據(jù)卡文迪許的多次實(shí)驗(yàn)，測算出地球的平均密度是水密度的5.481倍（21世紀(jì)數(shù)值為5.517，誤差為0.65253%左右），并確定了萬有引力常數(shù)（他測得的引力常數(shù)G是（6.754±0.041）×10N·m²/kg²，這個(gè)值同現(xiàn)代值（6.6732±0.0031×10N·m²/kg²，相差無幾，計(jì)算出了地球的質(zhì)量。被譽(yù)為第一個(gè)稱量地球的人。

學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)

卡文迪許公開發(fā)表的論文并不多，他沒有寫過一本書，在長長的50年中，發(fā)表的論文也只有18篇。除了一篇在1771年發(fā)表的論文是理論性的以外，其余的論文內(nèi)容都是實(shí)驗(yàn)性和觀察性的，大部分是關(guān)于水槽化學(xué)方面的，先后發(fā)表在1766年到1788年的英國皇家學(xué)會(huì)的期刊上。

又有一部分是關(guān)于液態(tài)物質(zhì)凝固點(diǎn)的研究，發(fā)表于1783年到1788年。還有一部分是有關(guān)地球平均密度的研究，發(fā)表于1798年。在他逝世以后，人們發(fā)現(xiàn)他有大量文稿，一直藏著未經(jīng)公開發(fā)表。這部分未發(fā)表的論文相當(dāng)多，電學(xué)部分由19世紀(jì)的大物理學(xué)家馬克斯維爾門教授整理后在1879年出版，化學(xué)和力學(xué)部分是由愛德華.普索于1921年主編出版的。

1784年左右他研究了空氣的組成，他還發(fā)現(xiàn)了硝酸。

卡文迪許在熱學(xué)理論、計(jì)溫學(xué)、氣象學(xué)、大地磁學(xué)等方面都有研究。1798年他完成最后的實(shí)驗(yàn)時(shí)，已年近七十。在物理學(xué)上他最主要的成就是通過扭秤實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了牛頓的萬有引力定律，確定了引力常數(shù)和地球平均密度?？ㄎ牡显S驗(yàn)證萬有引力定律的實(shí)驗(yàn)采用自己設(shè)計(jì)的“扭秤”為工具，后人稱為著名的“卡文迪許實(shí)驗(yàn)”。

曾經(jīng)有人說：“沒有一個(gè)活到80歲的人，一生講的話像卡文迪許那樣少的了?！痹谝槐尽痘瘜W(xué)史》書上，曾舉出卡文迪許最怕交際的一件事例。有一天一位英國科學(xué)家攜同一位奧地利科學(xué)家到班克斯爵士的家里做客，正巧卡文迪許也在座。班克斯便介紹他們相識(shí)。在互相介紹時(shí)，班克斯曾對這位遠(yuǎn)客盛贊卡文迪許，而這位初見面的客人更是對卡文迪許說出非常敬仰他的話，并說這次來倫敦的最大收獲，就是專程拜訪這位名震一時(shí)的大科學(xué)家。

卡文迪許聽到這話，起初大為忸怩，最后完全手足無措，便從人叢中沖出了室外，坐上他的馬車趕回家去了。從這段記載可以看出卡文迪許為人性格孤僻?？ㄎ牡显S離開劍橋大學(xué)后，就跟父親旁聽英國皇家學(xué)會(huì)的會(huì)議，每個(gè)星期四中午，參加學(xué)會(huì)的聚餐。到了1760年他被選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。一直到21世紀(jì)，在英國，凡是有FRS(Fellow of Royal Society即皇家學(xué)會(huì)會(huì)員）頭銜的人，還是受到人們的尊敬。

接下來他在1783年研究了空氣的組成成分，做了很多試驗(yàn)，發(fā)表的論文的題目是“空氣試驗(yàn)”。也就是這個(gè)時(shí)候，他發(fā)現(xiàn)水是由氫和氧兩種元素組成的。

卡文迪許最后的一項(xiàng)研究，是關(guān)于地球平均密度的問題。他提出的數(shù)字是5.448克/立方厘米，公認(rèn)的是5.48克/立方厘米。這說明當(dāng)時(shí)試驗(yàn)已經(jīng)相當(dāng)準(zhǔn)確。他還有一項(xiàng)工作，是過了100年以后，才得到承認(rèn)的，那就是關(guān)于稀有元素的存在問題。

獨(dú)立傳記

卡文迪許，1731年出生在英國。他一生都在實(shí)驗(yàn)室和圖書館中度過，在化學(xué)、熱學(xué) 、電學(xué)方面進(jìn)行過許多實(shí)驗(yàn)探索。但由于他對榮譽(yù)看得很輕，所以對于發(fā)表實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及得到發(fā)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)卻很少關(guān)心，致使其許多成果一直未被公開發(fā)表。直到19世紀(jì)中葉，人們才從他的手稿中發(fā)現(xiàn)了一些極其珍貴的資料，證實(shí)他對科學(xué)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。

卡文迪許最為人稱道的科學(xué)貢獻(xiàn)，首先是他最早研究了電荷在導(dǎo)體上的分布，并于1771年用類似的實(shí)驗(yàn)對電力相互作用的規(guī)律進(jìn)行了說明。他通過對靜電荷的測定研究，在1777年向皇家學(xué)會(huì)提出的報(bào)告中說：“電的吸引力和排斥力很可能反比于電荷間距離的平方。如果是這樣的話，那么物體中多余的電幾乎全部堆積在緊靠物體表面的地方。而且這些電緊緊地壓在一起，物體的其余部分處于中性狀態(tài)?！迸c此同時(shí)，他還研究了電容器的容量；制造了一整套已知容量的電容器，并以此測定了各種儀器樣品的電容量。而且預(yù)料到了不同物質(zhì)的電容率，并測量了幾種物質(zhì)的電容率，初步提出了“電勢”概念。

卡文迪許畢生致力于科學(xué)研究，從事實(shí)驗(yàn)研究達(dá)50年之久，性格孤僻，很少與外界來往?？ㄎ牡显S的主要貢獻(xiàn)有：1781年首先制得氫氣，并研究了其性質(zhì)，用實(shí)驗(yàn)證明它燃燒后生成水。但他曾把發(fā)現(xiàn)的氫氣誤認(rèn)為燃素，不能不說是一大憾事。1785年卡文迪許在空氣中引入電火花的實(shí)驗(yàn)使他發(fā)現(xiàn)了一種不活潑的氣體的存在。他在化學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、萬有引力等方面進(jìn)行過許多成功的實(shí)驗(yàn)研究，但很少發(fā)表，過了一個(gè)世紀(jì)后，麥克斯韋整理了他的實(shí)驗(yàn)論文，并于1879年出版了名為《尊敬的亨利·卡文迪許的電學(xué)研究》一書，此后人們才知道卡文迪許做了許多電學(xué)實(shí)驗(yàn)。麥克斯韋說：“這些論文證明卡文迪許幾乎預(yù)料到電學(xué)上所有的偉大事實(shí)，這些偉大的事實(shí)后來通過庫侖和法國哲學(xué)家們的著作而聞名于科學(xué)界?！?/p>

早在庫侖之前，卡文迪許已經(jīng)研究了電荷在導(dǎo)體上的分布問題。1777年，他向皇家學(xué)會(huì)提出報(bào)告說：“電的吸引力和排斥力很可能反比于電荷間距離的平方，如果是這樣的話，那么物體中多余的電幾乎全部堆積在緊靠物體表面的地方，而且這些電緊緊地壓在一起，物體的其余部分處于中性狀態(tài)?！彼€通過實(shí)驗(yàn)證明電荷之間的作用力。他還早于法拉第用實(shí)驗(yàn)證明電容器的電容取決于兩極板之間的物質(zhì)。他最早建立電勢概念，指出導(dǎo)體兩端的電勢與通過它的電流成正比（歐姆定律在1827年才確立）。當(dāng)時(shí)還無法測量電流強(qiáng)度，據(jù)說他勇敢地用自己的身體當(dāng)作測量儀器，以從手指到手臂何處感到電振動(dòng)來估計(jì)電流的強(qiáng)弱。

卡文迪許的重大貢獻(xiàn)之一是1789年完成了測量萬有引力的扭秤實(shí)驗(yàn)，后世稱為卡文迪許實(shí)驗(yàn)。他改進(jìn)了英國機(jī)械師米歇爾（John Michell，1724～1793）設(shè)計(jì)的扭秤，在其懸線系統(tǒng)上附加小平面鏡，利用望遠(yuǎn)鏡在室外遠(yuǎn)距離操縱和測量，防止了空氣的擾動(dòng)（當(dāng)時(shí)還沒有真空設(shè)備）。他用一根39英寸的鍍銀銅絲吊一6英尺木桿，桿的兩端各固定一個(gè)直徑2英寸的小鉛球，另用兩顆直徑12英寸的固定著的大鉛球吸引它們，測出鉛球間引力引起的擺動(dòng)周期，由此計(jì)算出兩個(gè)鉛球的引力，由計(jì)算得到的引力再推算出地球的質(zhì)量和密度。他算出的地球密度為水密度的5.481倍（地球密度的現(xiàn)代數(shù)值為5.517g/cm3），由此可推算出萬有引力常量G的數(shù)值為 6.754×10N·m²/kg²；（現(xiàn)代值前四位數(shù)為6.672）。這一實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)與操作十分精巧，英國物理學(xué)家J.H.坡印廷曾對這個(gè)實(shí)驗(yàn)下過這樣的評語：“開創(chuàng)了弱力測量的新時(shí)代”。

卡文迪許在1766年發(fā)表了《論人工空氣》的論文并獲皇家學(xué)會(huì)科普利獎(jiǎng)?wù)隆Ｋ瞥黾冄酰⒋_定了空氣中氧、氮的含量，證明水不是元素而是化合物。他被稱為“化學(xué)中的牛頓”。

卡文迪許一生在自己的實(shí)驗(yàn)室中工作，被稱為“最富有的學(xué)者，最有學(xué)問的富翁”。卡文迪許于公元1810年3月10日去世。