Hva er den mekaniske ekvivalenten til varme?

Han Mekanisk varmeekvivalent Det er verdien av det mekaniske arbeidet som er nødvendig for å øke temperaturen på et gram på 14 vann.5 ºC til 15.5 ºC. For øyeblikket har denne ekvivalenten en verdi av 4 186 Joule, som ble opprettet i 1920.

På begynnelsen av 1800 -tallet ble termodynamikk og mekanikk betraktet som to helt uavhengige vitenskapsfelt. Joule's fortjeneste var å demonstrere at det er en sammenheng mellom energioverføring for arbeid og varmeoverføring med varme.

Den spesifikke varmen på vannet gjør at tekoppene holdes varm i betydelig tid

Joule bidro også til å etablere energibesparelsesloven som utgjør den første loven om termodynamikk. Denne loven refererer til den interne energien (u) til et system, der den indikerer at beviset bare kan endres av arbeidet og varmen som utøves av systemet eller på systemet.

Ideen om at varme og arbeid er ekvivalent ble foreslått av Julius Robert von Mayer i 1842, og uavhengig av James Joule, i 1843. Dette oppsto en kontrovers om hvem som hadde etablert verdien av den mekaniske ekvivalenten til varme, som ble løst til fordel for Joule i 1864.

[TOC]

Historiske aspekter

Vann og varme

I 1792 ble Benjamin Thompson, grev Rumford, publisert i filofisk transaksjon, et sett med eksperimentelle resultater som indikerte en sammenheng mellom friksjon som ble opplevd av vann og varmeproduksjon. Denne signaliseringen ga en endring i kjente ideer om varme.

Mekanisk arbeid og varme

Deretter bidro James Prescott Joules eksperimenter (1818-1889) om ekvivalensen av arbeid og varme, til å etablere en kinetisk teori som etablerte et forhold mellom mekanisk arbeid og varme.

Kan tjene deg: neodym: struktur, egenskaper, bruk

Denne overtrådte kalori -teorien, som indikerte at varme var en væske som gikk fra et system til et annet, og ga en temperaturøkning.

I 1840 slo Joule fast at mengden varme produsert i vannet av en elektrisk strøm var proporsjonal med den elektriske og kvadratiske motstanden til den elektriske strømmen (intensitet).

Senere, i 1842 publiserte von Mayer eksistensen av et forhold mellom mekanisk arbeid og varme. Imidlertid ble det samme forholdet publisert uavhengig av Joule i 1843. Samme år publiserte Jules sin verdi for den mekaniske ekvivalenten til varme. I mellomtiden gjorde Julius von Mayer det i 1845, selv om det ble påpekt at det eksperimentelle grunnlaget for resultatet ikke var overbevisende.

Introduksjon av tilsvarende

I 1845 publiserte Joule en jobb med tittelen "The Mechanical Equivalent of Heat", en publikasjon der han presenterte en numerisk verdi for tilsvarende 772.24 pund stand (4.1550 Joule · Cal^-1). Disse eksperimentene viste en sammenheng mellom friksjon og varme generert.

I 1920 ble verdien av den mekaniske ekvivalenten til varme ved 4 korrigert.186 J/g vann, og definerer deretter denne verdien som mengden mekanisk arbeid som er nødvendig for å variere temperaturen på et gram på 14 vann.5 ºC til 15.5 ºC.

I 1852 oppdaget Joule og William Thompson at når en gass utvider volumet, uten å utføre eksternt arbeid, er det en reduksjon i temperaturen. Effekten kalt Joule-Thompson fungerte som et grunnlag for etablering av en kjølingsnæring i England fra det nittende århundre.

Kan tjene deg: organiske forbindelser: egenskaper, klassifisering, eksempler

Joule -eksperiment

Fremgangsmåte

Eksperimentet som tillot Joule.

Beholderen har et lokk som tillater innsetting av et termometer og en støtte til paletter som vil røre vannet. Støtten består av en sveiv og en trådhjul der trådene som bandt hver av de to massene som ble brukt i eksperimentet, er integrert.

På samme måte er den delen av støtten som er nedsenket i vannet utstyrt med paller som tjener til å røre den. Til slutt er enheten utstyrt med to regler, en for hver masse, som variasjonen av høyden under eksperimentet bestemmes.

Når massene faller, vender de støtten og palettene festet til den, og produserer en omrøring av vannet som oversettes til varme og økning i temperaturen, en konsekvens av friksjonen mellom palettene og vannet.

Gjennom sveiven stiger massene og prosessen gjentas flere ganger, til produksjonen av en betydelig variasjon av temperaturen. Følgende video viser driften av dette eksperimentet:

Beregninger

Det mekaniske arbeidet som gjøres når de to vektene faller er et produkt av tap av potensiell energi:

W = n · m · g · h (tap av potensiell energi når du lager masser)

Der n er tidene som massene blir gjentatt, med det mekaniske arbeidet for å bevege palettene, m massene av dem, g akselerasjonen av tyngdekraften og H høyden som ble reist av massene når du faller.

Kan tjene deg: molært volum: konsept og formel, beregning og eksempler

Varmen som produseres ved virkningen av pallene på vannet, en konsekvens av massenes fall, er gitt av uttrykket:

Q = (m + w^') (T₂ - T₁)

Hvor det er det som er produsert, m massen av vannet, med ekvivalent i kalorimeter varme, og t₂ - T₁ temperaturvariasjon.

Den mekaniske ekvivalenten til varme blir deretter gitt av forholdet:

J = w / q

Som vil være det samme:

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

= 4186 J / kcal

Spesifikk varme

Termisk kapasitet til et stoff

Det er mengden energi som er nødvendig for å øke temperaturen på et stoff i 1 ºC:

C = q / Δt

Der C er den termiske kapasiteten, q absorbert mengden og Δt temperaturvariasjonen.

Spesifikk varme av et stoff

Den spesifikke varmen er kalorikapasiteten til et stoff per masseenhet:

CE = q /m · Δt

Hvor CE er den spesifikke varmen.

Den spesifikke vannvarmen (ved 15 ºC) er den samme 4.186 J / kg · ºC. Deretter tilsvarer verdien av den mekaniske ekvivalenten til varmen verdien av vannets spesifikke varme.

Referanser

1. Serway, r. TIL. og Jewett, J. W. (2008). Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum I. Syvende utgave. Redaksjonell Cengage Learning.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi. (8. utg.). Cengage Learning.
3. Wikipedia. (2020). Mekanisk tilsvarer varme. Hentet fra: i.Wikipedia.org
4. Redaktørene av Enyclopaedia Britannica. (2020). James Prescott Joule. Gjenopprettet fra: Britannica.com
5. RMS. (2004). Mekanisk tilsvarer varme. [PDF]. Gjenopprettet fra: PDFS.Semanticscholar.org
6. Electrical4u. (4. mars 2020). Mekanisk lik av varme: Hva er det? Hentet fra: Electrical4U.com