【亨利·卡文迪許】英國化學家_人物百科

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

主要成就

化學領域

1784年左右，卡文迪許研究了空氣的組成，發現普通空氣中氮氣占五分之四，氧氣占五分之一。他確定了水的成分，肯定了它不是元素而是化合物。他還發現了硝酸。

物理領域

卡文迪許生前在物理學方面發表的論文為數極少，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方面作出了很多重要發現。他發現一對電荷間的作用力跟它們之間的距離平方成反比，這就是后來庫侖導出的庫侖定律內容的一部分；他提出每個帶電體的周圍有“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有關；電勢的概念也是卡文迪許首先提出的，這對靜電理論的發展起了重要作用；他還提出了導體上的電勢與通過電流成正比的關系。

在牛頓發現萬有引力定律之后，他是測出引力常量的科學家。

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著手，再推算出地球密度。他的指導思想極其簡單，用兩個大鉛球使它們接近兩個小球。從懸掛小球的金屬絲的扭轉角度，測出這些球之間的相互引力。根據萬有引力定律，可求出常數G。根據卡文迪許的多次實驗，測算出地球的平均密度是水密度的5.481倍（21世紀數值為5.517，誤差為0.65253%左右），并確定了萬有引力常數（他測得的引力常數G是（6.754±0.041）×10N·m²/kg²，這個值同現代值（6.6732±0.0031×10N·m²/kg²，相差無幾，計算出了地球的質量。被譽為第一個稱量地球的人。

學術貢獻

卡文迪許公開發表的論文并不多，他沒有寫過一本書，在長長的50年中，發表的論文也只有18篇。除了一篇在1771年發表的論文是理論性的以外，其余的論文內容都是實驗性和觀察性的，大部分是關于水槽化學方面的，先后發表在1766年到1788年的英國皇家學會的期刊上。

又有一部分是關于液態物質凝固點的研究，發表于1783年到1788年。還有一部分是有關地球平均密度的研究，發表于1798年。在他逝世以后，人們發現他有大量文稿，一直藏著未經公開發表。這部分未發表的論文相當多，電學部分由19世紀的大物理學家馬克斯維爾門教授整理后在1879年出版，化學和力學部分是由愛德華.普索于1921年主編出版的。

1784年左右他研究了空氣的組成，他還發現了硝酸。

卡文迪許在熱學理論、計溫學、氣象學、大地磁學等方面都有研究。1798年他完成最后的實驗時，已年近七十。在物理學上他最主要的成就是通過扭秤實驗驗證了牛頓的萬有引力定律，確定了引力常數和地球平均密度。卡文迪許驗證萬有引力定律的實驗采用自己設計的“扭秤”為工具，后人稱為著名的“卡文迪許實驗”。

曾經有人說：“沒有一個活到80歲的人，一生講的話像卡文迪許那樣少的了。”在一本《化學史》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家攜同一位奧地利科學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。在互相介紹時，班克斯曾對這位遠客盛贊卡文迪許，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的大科學家。

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。卡文迪許離開劍橋大學后，就跟父親旁聽英國皇家學會的會議，每個星期四中午，參加學會的聚餐。到了1760年他被選為皇家學會會員。一直到21世紀，在英國，凡是有FRS(Fellow of Royal Society即皇家學會會員）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，發表的論文的題目是“空氣試驗”。也就是這個時候，他發現水是由氫和氧兩種元素組成的。

卡文迪許最后的一項研究，是關于地球平均密度的問題。他提出的數字是5.448克/立方厘米，公認的是5.48克/立方厘米。這說明當時試驗已經相當準確。他還有一項工作，是過了100年以后，才得到承認的，那就是關于稀有元素的存在問題。

獨立傳記

卡文迪許，1731年出生在英國。他一生都在實驗室和圖書館中度過，在化學、熱學 、電學方面進行過許多實驗探索。但由于他對榮譽看得很輕，所以對于發表實驗結果以及得到發現優先權卻很少關心，致使其許多成果一直未被公開發表。直到19世紀中葉，人們才從他的手稿中發現了一些極其珍貴的資料，證實他對科學發展做出了巨大貢獻。

卡文迪許最為人稱道的科學貢獻，首先是他最早研究了電荷在導體上的分布，并于1771年用類似的實驗對電力相互作用的規律進行了說明。他通過對靜電荷的測定研究，在1777年向皇家學會提出的報告中說：“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。”與此同時，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。而且預料到了不同物質的電容率，并測量了幾種物質的電容率，初步提出了“電勢”概念。

卡文迪許畢生致力于科學研究，從事實驗研究達50年之久，性格孤僻，很少與外界來往。卡文迪許的主要貢獻有：1781年首先制得氫氣，并研究了其性質，用實驗證明它燃燒后生成水。但他曾把發現的氫氣誤認為燃素，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驗使他發現了一種不活潑的氣體的存在。他在化學、熱學、電學、萬有引力等方面進行過許多成功的實驗研究，但很少發表，過了一個世紀后，麥克斯韋整理了他的實驗論文，并于1879年出版了名為《尊敬的亨利·卡文迪許的電學研究》一書，此后人們才知道卡文迪許做了許多電學實驗。麥克斯韋說：“這些論文證明卡文迪許幾乎預料到電學上所有的偉大事實，這些偉大的事實后來通過庫侖和法國哲學家們的著作而聞名于科學界。”

早在庫侖之前，卡文迪許已經研究了電荷在導體上的分布問題。1777年，他向皇家學會提出報告說：“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。”他還通過實驗證明電荷之間的作用力。他還早于法拉第用實驗證明電容器的電容取決于兩極板之間的物質。他最早建立電勢概念，指出導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）。當時還無法測量電流強度，據說他勇敢地用自己的身體當作測量儀器，以從手指到手臂何處感到電振動來估計電流的強弱。

卡文迪許的重大貢獻之一是1789年完成了測量萬有引力的扭秤實驗，后世稱為卡文迪許實驗。他改進了英國機械師米歇爾（John Michell，1724～1793）設計的扭秤，在其懸線系統上附加小平面鏡，利用望遠鏡在室外遠距離操縱和測量，防止了空氣的擾動（當時還沒有真空設備）。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周期，由此計算出兩個鉛球的引力，由計算得到的引力再推算出地球的質量和密度。他算出的地球密度為水密度的5.481倍（地球密度的現代數值為5.517g/cm3），由此可推算出萬有引力常量G的數值為 6.754×10N·m²/kg²；（現代值前四位數為6.672）。這一實驗的構思、設計與操作十分精巧，英國物理學家J.H.坡印廷曾對這個實驗下過這樣的評語：“開創了弱力測量的新時代”。

卡文迪許在1766年發表了《論人工空氣》的論文并獲皇家學會科普利獎章。他制出純氧，并確定了空氣中氧、氮的含量，證明水不是元素而是化合物。他被稱為“化學中的牛頓”。

卡文迪許一生在自己的實驗室中工作，被稱為“最富有的學者，最有學問的富翁”。卡文迪許于公元1810年3月10日去世。