法拉第定律是描述电极上通过的电量与电极反应物重量之间的关系的,又称为电解定律,它又分为两个子定律,即法拉第第一定律和法拉第第二定律。

第一定律即为在电极界面上发生化学变化物质的质量与通入的电量成正比。法拉第的研究表明,对单个电解池而言,在电解过程中,阴极上还原物质析出的量与所通过的电流强度和通电时间成正比。

第二定律即为通电于若干个电解池串联的线路中,当所取的基本粒子的荷电数相同时,在各个电极上发生反应的物质,其物质的量相同,析出物质的质量与其摩尔质量成正比。

法拉第电解定律是电化学中的重要定律,在电化生产中经常用到它。历史上,法拉第电解定律曾启发物理学家形成电荷具有原子性的概念,这对于导致基本电荷e的发现以及建立物质的电结构理论具有重大意义。

威廉·奥斯特瓦尔德,Friedrich Wilhelm Ostwald,1853年9月2日-1932年4月4日,出生于拉脱维亚的德国籍物理化学家,是物理化学的创始人之一。1909年因其在催化剂的作用、化学平衡、化学反应速率方面的研究的突出贡献,被授予诺贝尔化学奖。)

奥斯特瓦尔德根据体积方面的阿伏伽德罗定律和电量方面的法拉第电解定律归纳出的化合量决定其他能量的容量的理论观点还能解释道尔顿原子定律和亥姆霍兹的电子观点:

“根据纯物质的性质是固定不变的这个事实,并且假定了一种原子结构,道尔顿(Dalton)得出了他的化合量定律。

亥姆霍兹(Helmholz)从法拉第定律推论出,如果为普通的物质假定了一种原子结构,那么可以证明,这种结构对于电量来说也是合理的——这就是后来怎么产生了电子的情况。”

(注:约翰·道尔顿,John Dalton,1766年9月6日—1844年7月27日,英国化学家、物理学家。原子理论的提出者,他所提供的关键的原子学说,使化学领域自那时以来有了巨大的进展。

1803年,他继承古希腊朴素原子论和牛顿微粒说,提出原子论,其要点:

(1)化学元素由不可分的微粒——原子构成,他认为原子在一切化学变化中是不可再分的最小单位。

(2)同种元素的原子性质和质量都相同,不同元素原子的性质和质量各不相同,原子质量是元素基本特征之一。

(3)不同元素化合时,原子以简单整数比结合。推导并用实验证明倍比定律。如果一种元素的质量固定时,那么另一元素在各种化合物中的质量一定成简单整数比。

最先从事测定原子量工作,提出用相对比较的办法求取各元素的原子量,并发表第一张原子量表,为后来测定元素原子量工作开辟了光辉前景。

赫尔曼·冯·亥姆霍兹,Hermann von Helmholtz,1821年8月31日—1894年9月8日,德国物理学家、生理学家、发明家。1847年,亥姆霍兹出版了《力量的守恒》(Erhaltung der Kraft)一书,阐明了能量守恒的原理,亥姆霍兹自由能即以他来命名。他也研究过电磁学,他的研究预测了麦克斯韦方程组中的电磁辐射,相关的方程式以他来命名。同时,亥姆霍兹还是爱因斯坦苏黎世联邦理工学院曾经的恩师、物理系主任海因里希·弗里德里希·韦伯教授的老板,其做过亥姆霍兹的助手,十分崇敬亥姆霍兹(《爱因斯坦16》)。

除了物理,亥姆霍兹也对感知的研究作出贡献。他发明了检眼镜,以及以他命名的共鸣器,他两部光学和声学的著作《作为乐理的生理学基础的音调感受的研究》和《生理光学手册》对后世影响很大。)

斯温的研究目的则是反转奥斯特瓦尔德的化合量决定其他能量的容量的理论观点,由其他能量的容量可以证明化合量即原子结构,由此有辐射能的定量关系而提出光子观点:

“那么,如果上述被奥斯特瓦尔德所证明的关系对其他能量也成立,那么对这些容量因素来说,也能证明一种原子结构是合理的。”

具体来说,由于一直没有对应热能的精确关系,所以一直没有“热子”的概念:

“就热能的情况而言,不存在精确的关系,只存在一些像杜隆-珀蒂定律和[B……]法则那样的近似关系,因此,“热子”一直未被人们接受。”

(注:杜隆-珀蒂定律定律则是物理学中描述结晶态固体由于晶格振动而具有的比热容的经典定律,由法国化学家皮埃尔·路易·杜隆和阿列克西·泰雷兹·珀蒂于1819年提出,内容为:无论晶体属于何种类型,其比热容均为3R/MM,其中R为普适气体常数,MM为摩尔质量。见《爱因斯坦126》。)

但斯温认为辐射领域的理论进展,即辐射粒子和辐射能的定量关系可以得出“光子”的概念:

“另一方面,这个extergon(注:外部)假说[能量的广延因素]使人对放射性这个事实有了新的认识。辐射粒子是一些不同的“辐射微粒”。那么,辐射能呢?

在我看来,可以把振荡频率n看做是强度因素(注:普朗克的量子论)。这就使得以下事实变得可以理解了:

如短波光比长波光功效更大、由光电效应而产生的阴极射线的速度与光的强度无关,物体为发射包含有短波分量的辐射需要很高的温度等,因为从这种意义上讲,短波光是较高强度的光。从这种分析的意义上看,一种符合斯托克定则的荧光物质就是一台把较高强度的光转换成较低强度的光的机器(注:1905年爱因斯坦奇迹年首文3月17日的光量子论文《关于光的产生和转化的一个试探性的观点》已详细论证过)。

那么,量纲为[M·L2·T-1](注:质量M·长度L2·时间T-1)的量,我打算把它称作“时能(ergie)”(源于os时间×Energie能量),看来就是一种强度因素了。这样,就会有与原子相对应的基本的作用量子h(注:普朗克常量),即时能(ergon),也称“光子”。”

斯温就上述的“光子”概念咨询“光量子假说的奠基者之一”爱因斯坦的看法:

“如果您能对这个概略的说明提点意见,我将不胜感激。

谨致敬意。

技术大学

物理化学实验室

理查德·斯温”

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