Jaki jest mechaniczny odpowiednik ciepła?

On Mechaniczny ekwiwalent ciepła Jest to wartość pracy mechanicznej niezbędnej do zwiększenia temperatury gramu 14 wody.5 ° C do 15.5 ° C. Obecnie ten odpowiednik ma wartość 4186 Joule, która została założona w 1920 roku.

Na początku XIX wieku termodynamika i mechanika były uważane za dwa całkowicie niezależne dziedziny nauki. Zaletą Joule było wykazanie, że istnieje związek między transferem energii do pracy a przenoszeniem ciepła przez ciepło.

Specyficzne ciepło wody pozwala na utrzymanie filiżanek herbaty przez długi czas

Joule przyczynił się również do ustalenia prawa ochrony energii, które stanowi pierwsze prawo termodynamiki. Prawo to odnosi się do energii wewnętrznej (U) systemu, w którym wskazuje, że jego dowód może zostać zmieniony tylko przez pracę i ciepło wykonywane przez system lub na systemie.

Idea, że ​​upał i praca są równoważne, został zaproponowany przez Juliusa Roberta von Mayera w 1842 r., A niezależnie przez Jamesa Joule'a w 1843 roku. Pochodzi to z kontrowersji, kto ustalił wartość mechanicznego odpowiednika ciepła, który został rozwiązany na korzyść Joule'a w 1864 r.

[TOC]

Aspekty historyczne

Woda i ciepło

W 1792 r. Benjamin Thompson, hrabia Rumford, opublikował w transakcji filoficznej Zestaw wyników eksperymentalnych, które wskazywały na związek między tarciem doświadczającym przez wodę i wytwarzanie ciepła. Ta sygnalizacja spowodowała zmianę znanych pomysłów na temat ciepła.

Praca mechaniczna i ciepło

Następnie eksperymenty Jamesa Prescotta Joule'a (1818–1889) na temat równoważności pracy i ciepła przyczyniły się do ustanowienia teorii kinetycznej, która ustanowiła związek między pracą mechaniczną a ciepłem.

Może ci służyć: neodym: struktura, właściwości, użycia

Ta naruszenie teorii kalorii, która wskazywała, że ​​ciepło było płynem, który przeszedł z jednego systemu do drugiego, powodując wzrost temperatury.

W 1840 r. Joule ustalił, że ilość ciepła wytwarzanego w wodzie przez prąd elektryczny była proporcjonalna do odporności elektrycznej i kwadratowej prądu elektrycznego (intensywności).

Później w 1842 r. Von Mayer opublikował istnienie związku między pracą mechaniczną a ciepłem. Jednak ten sam związek został opublikowany niezależnie przez Joule w 1843 roku. W tym samym roku Jules opublikował swoją wartość dla mechanicznego odpowiednika ciepła. Tymczasem Julius von Mayer zrobił to w 1845 r., Chociaż wskazano, że podstawa eksperymentalna jego wyniku nie była przekonująca.

Wprowadzenie odpowiednika

W 1845 r. Joule opublikował pracę zatytułowaną „Mechaniczny odpowiednik ciepła”, publikację, w której przedstawił wartość liczbową dla równoważnego 772.24 funty stande (4.1550 Joule · Cal^-1). Te eksperymenty wykazały związek między tarciem a generowanym ciepłem.

W 1920 r. Wartość mechanicznego odpowiednika ciepła w 4 została skorygowana.186 J/g wody, a następnie definiowanie tej wartości jako ilości pracy mechanicznej niezbędnej do zmiany temperatury gramu 14 wody.5 ° C do 15.5 ° C.

W 1852 r. Joule i William Thompson odkryli, że kiedy gaz rozszerza swoją objętość, bez wykonywania pracy zewnętrznej, następuje spadek jego temperatury. Efekt zwany Joule-Thompson służył jako podstawa do ustanowienia przemysłu chłodnictwa w dziewiętnastowiecznej Anglii.

Może ci służyć: związki organiczne: cechy, klasyfikacja, przykłady

Eksperyment Joule

Procedura

Eksperyment, który pozwolił Joule.

Pojemnik ma pokrywę, która umożliwia wstawienie termometru i podparcie dla palet, które zamieszają wodę. Wsparcie składa się z korby i kołowrotka nici, w których włączono gwinty, które związały każdą z dwóch mas zastosowanych w eksperymencie.

Podobnie część wsparcia zanurzonego w wodzie jest wyposażona w palety, które służą do mieszania. Wreszcie, urządzenie jest wyposażone w dwie reguły, po jednej dla każdej masy, z którymi określono zmianę ich wysokości podczas eksperymentu.

Kiedy masy spadają, odwracają wsparcie i przywiązane do niego palety, wytwarzając agitacja wody, która przekłada się na ciepło i zwiększa jej temperaturę, konsekwencja tarcia między paletami a wodą.

Przez korbą masy wznoszą się i proces powtarza się kilka razy, aż do produkcji znacznej odmiany temperatury. Poniższe wideo pokazuje działanie tego eksperymentu:

Obliczenia

Prace mechaniczne wykonane, gdy spadają dwie wagi, jest produktem utraty energii potencjalnej:

W = n · m · g · h (utrata energii potencjalnej podczas tworzenia mas)

Gdzie n są czasy, w których powtarzany jest upadek mas, w mechanicznych pracach poruszania paletami, m ich masy, g przyspieszenia grawitacji i h wysokość przejechana przez masy po upadku.

Może ci służyć: objętość molowa: koncepcja i wzór, obliczenia i przykłady

Ciepło wytwarzane przez działanie palet na wodzie, konsekwencję upadku mas, wyraża wyrażenie:

Q = (m + w^') (T₂ - T₁)

Gdzie wytwarzane ciepło, m masa wody, w „równoważnym w cieple kalorymetru i t₂ - T₁ Zmiana temperatury.

Mechaniczny odpowiednik ciepła jest następnie podawany przez związek:

J = w / q

Który będzie taki sam:

J = n · m · g · h / [(m + w ') · (t₂ - T₁)]

= 4186 J / kcal

Ciepło właściwe

Pojemność termiczna substancji

Jest to ilość energii niezbędnej do podniesienia temperatury substancji w 1 ° C:

C = q / δt

Gdzie C jest pojemnością termiczną, q ilość pochłanianego ciepła i δT zmienność temperatury.

Ciepło właściwe substancji

Ciepło właściwe to pojemność kaloryczna substancji na jednostkę masy:

CE = Q /M · δt

Gdzie CE jest ciepłem właściwym.

Ciepło właściwe wody (w 15 ° C) jest takie same 4.186 J / kg · ºC. Następnie wartość mechanicznego odpowiednika ciepła odpowiada wartości ciepła właściwego wody.

Bibliografia

1. Serway, r. DO. i Jewett, J. W. (2008). Fizyka nauk i inżynierii. Tom I. Siódma edycja. Editorial Cengage Learning.
2. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Chemia. (8 wyd.). Cengage Learning.
3. Wikipedia. (2020). Mechaniczne równe ciepła. Źródło: w:.Wikipedia.org
4. Redaktorzy Enyclopaedia Britannica. (2020). James Prescott Joule. Odzyskane z: Britannica.com
5. RMS. (2004). Mechaniczne równe ciepła. [PDF]. Odzyskane z: pdfs.Semantycscholar.org
6. Electrical4u. (4 marca 2020). Mechanical równa się ciepła: co to jest? Pobrano z: Electrical4U.com