Kakšen je mehanski ekvivalent toplote?

On Mehanski ekvivalent toplote To je vrednost mehanskega dela, potrebnega za zvišanje temperature grama 14 vode.5 ° C do 15.5 ° C. Trenutno ima ta ekvivalent vrednost 4.186 Joule, ki je bila ustanovljena leta 1920.

Na začetku 19. stoletja sta termodinamika in mehanika veljala za dve popolnoma neodvisni znanstveni področji. Joulejeva zasluga je bila dokazati, da obstaja povezava med prenosom energije za delo in prenosom toplote s toploto.

Specifična toplota vode omogoča, da se čajne skodelice vroče hranijo

Joule je prispeval tudi k določitvi zakona o ohranjanju energije, ki predstavlja prvi zakon termodinamike. Ta zakon se nanaša na notranjo energijo (U) sistema, kjer kaže, da lahko njegov dokaz spremeni le delo in toploto, ki jo izvaja sistem ali v sistemu.

Zamisel, da sta toplota in delo enakovredna, je leta 1842 predlagal Julius Robert Von Mayer, neodvisno pa James Joule leta 1843. To je nastalo polemiko o tem, kdo je ugotovil vrednost mehanskega ekvivalenta toplote, ki je bila leta 1864 razrešena v prid Jouleu.

[TOC]

Zgodovinski vidiki

Voda in toplota

Leta 1792 je Benjamin Thompson, grof Rumford, v filofski transakciji objavil nabor eksperimentalnih rezultatov, ki kažejo na razmerje med trenjem, ki ga doživljata voda in toplota. Ta signalizacija je povzročila spremembo znanih idej o vročini.

Mehansko delo in toplota

Nato so poskusi Jamesa Prescotta Joula (1818-1889) o enakovrednosti dela in toplote prispevali k vzpostavitvi kinetične teorije, ki je vzpostavila razmerje med mehanskim delom in toploto in toploto.

Vam lahko služi: neodimij: struktura, lastnosti, uporabe

Ta kršina kalorična teorija, ki je kazala, da je toplota tekočina, ki je prešla iz enega sistema v drugega, kar je povzročilo zvišanje temperature.

Leta 1840 je Joule ugotovil, da je količina toplote, ki jo v vodi proizvaja električni tok, sorazmerna z električnim in kvadratnim upornostjo električnega toka (intenzivnost).

Kasneje, leta 1842, je Von Mayer objavil obstoj razmerja med mehanskim delom in toploto. Vendar je to isto razmerje leta 1843 neodvisno objavil Joule. Istega leta je Jules objavil svojo vrednost za mehanski ekvivalent toplote. Medtem je Julius von Mayer to storil leta 1845, čeprav je bilo poudarjeno, da eksperimentalna osnova njegovega rezultata ni bila prepričljiva.

Uvedba enakovrednega

Leta 1845 je Joule objavil delo z naslovom "Mehanski ekvivalent Heat", publikacijo, v kateri je predstavil numerično vrednost za ekvivalent 772.24 kilogramov (4.1550 Joule · Cal^-1). Ti poskusi so pokazali razmerje med ustvarjenim trenjem in toploto.

Leta 1920 je bila popravljena vrednost mehanskega ekvivalenta toplote pri 4.186 j/g vode, nato pa to vrednost opredeli kot količino mehanskega dela, ki je potrebna za spreminjanje temperature grama 14 vode.5 ° C do 15.5 ° C.

Leta 1852 sta Joule in William Thompson odkrila, da ko plin razširi svojo količino, ne da bi opravljal zunanje delo. Učinek, imenovan Joule-Thompson, je bil osnova za ustanovitev hladilne industrije v Angliji iz devetnajstega stoletja.

Vam lahko služi: organske spojine: značilnosti, klasifikacija, primeri

Joule Experiment

Postopek

Eksperiment, ki je dovolil Jouleu.

Zabojnik ima pokrov, ki omogoča vstavljanje termometra in podporo za palete, ki bodo mešale vodo. Podpora je sestavljena iz ročice in niti nitk, v katerem so vgrajene niti, ki sta privezali vsako od obeh mas, uporabljeni v poskusu.

Prav tako je del podpore, ki je potopljena v vodo. Končno je naprava opremljena z dvema pravili, po eno za vsako maso, s katero se določi variacija njihove višine med poskusom.

Ko mase padejo, obrnejo podporo in palete, pritrjene nanjo, kar povzroča vznemirjenje vode, ki se prenaša v toploto in zvišanje temperature, kar je posledica trenja med paletami in vodo.

Skozi ročico se mase dvignejo in postopek se večkrat ponovi, dokler ne pride do proizvodnje opazne spremembe temperature. Naslednji video prikazuje delovanje tega poskusa:

Izračuni

Mehansko delo, ki je opravljeno, ko dve uteži pade, je produkt izgube potencialne energije:

W = n · m · g · h (izguba potencialne energije pri izdelavi mas)

Kjer je N, časi, ko se ponavljajo padec mase, z mehanskim delom za premikanje palet, m mase le -.

Vam lahko služi: molarni zvezek: koncept in formula, izračun in primeri

Toplota, ki nastane z delovanjem palet na vodi, posledica padca mase, je podana z izrazom:

Q = (m + w^') (T₂ - T₁)

Kjer je, kaj je toplota, m masa vode, w 'enakovredno v toploti kalorimetra in t₂ - T₁ nihanje temperature.

Mehanski ekvivalent toplote nato daje razmerje:

J = w / q

Ki bo enako:

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

= 4186 j / kcal

Specifična toplota

Toplotna sposobnost snovi

To je količina energije, ki je potrebna za dvig temperature snovi v 1 ° C:

C = Q / ΔT

Kadar je C toplotna sposobnost, Q količina toplote absorbira in Δt temperaturno nihanje.

Specifična toplota snovi

Specifična toplota je kalorična sposobnost snovi na enoto mase:

Ce = q /m · ΔT

Kjer je CE specifična toplota.

Specifična toplota vode (pri 15 ° C) je enaka 4.186 j / kg · ºC. Nato vrednost mehanskega ekvivalenta toplote ustreza vrednosti specifične toplote vode.

Reference

1. Serway, r. Do. in Jewett, J. W. (2008). Fizika za znanost in inženiring. Zvezek I. Sedma izdaja. Uredništvo Cengage Learning.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). Cengage učenje.
3. Wikipedija. (2020). Mehanski enaki toploti. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
4. Uredniki Enyclopeedia Britannica. (2020). James Prescott Joule. Okrevano od: Britannica.com
5. Rms. (2004). Mehanski enaki toploti. [PDF]. Okrevano od: pdfs.SemanticsCholar.org
6. Električni4U. (4. marec 2020). Mehanski enaki toploti: kaj je to? Pridobljeno iz: Electrical4U.com