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Joseph Black est né à Bordeaux et a fait ses études aux universités de Glasgow et d'Édimbourg en Écosse. Il enseigna la chimie, la médecine et l'anatomie à l'université de Glasgow de 1756 à 1766, puis la chimie à l'université d'Édimbourg.
Vers 1754, il découvre le dioxyde de carbone, qu'il appelle air fixe, mettant à mal la théorie du phlogiston encore enseignée à cette époque. En 1761, il découvre le phénomène de la chaleur latente c'est à dire les échanges de chaleur liés à la fusion ou à l'évaporation d'une substance et, trois ans plus tard, il mesure la chaleur latente de la vapeur d'eau. Son élève et assistant James Watt améliorera plus tard la première machine à vapeur.