Hoe Mekaniese Werk en Hitte Omgewisselbaar is
In hierdie artikel sal ons die konsep van die meganiese ekwivalent van warmte verken, wat stel dat meganiese werk en warmte in mekaar omskep kan word. Ons sal ook leer oor die eksperimente en ontdekkings wat tot hierdie idee gelei het en hoe dit gehelp het om die wetenskap van termodinamika te vestig.
Wat is die Meganiese Ekwivalent van Warmte?
Die meganiese ekwivalent van warmte is 'n term wat die verhouding tussen meganiese werk en warmte beskryf.
Dit word gedefinieer as die hoeveelheid werk wat vereis word om 'n eenheid hoeveelheid warmte in 'n stelsel te produseer. Die simbool vir die meganiese ekwivalent van warmte is J, en dit word ook bekend as Joule se konstante of Joule se meganiese ekwivalent van warmte na die wetenskaplike wat dit eers gemeet het.
Die formule vir die meganiese ekwivalent van warmte is:
waar W die werk is wat op 'n stelsel gedoen is, en Q die warmte wat in die stelsel gegenereer is.
Die eenheid vir die meganiese ekwivalent van warmte is joule per kalorie (J/cal), wat beteken dat een joule werk een kalorie warmte produseer. Een kalorie is die hoeveelheid warmte wat nodig is om die temperatuur van een gram water met een graad Celsius te verhoog.
Hoe is die Meganiese Ekwivalent van Warmte Ontdek?
Die idee dat meganiese werk en warmte omkeerbaar is, is eers deur Benjamin Thompson, ook bekend as Graaf Rumford, in 1798 voorgestel. Hy het waargeneem dat 'n groot hoeveelheid warmte deur wrywing gegenereer is toe hy kanonlooppe in 'n arsenal in München gebore het. Hy het gevolgtrek dat warmte nie 'n stof was, soos vroegervoor, maar 'n vorm van beweging.
Rumford het egter geen numeriese waarde vir die meganiese ekwivalent van warmte verskaf, en hy het ook geen beheerde eksperiment uitgevoer om dit te meet nie. Sy waarnemings is uitgedaag deur die ondersteuners van die caloriese teorie, wat gestel het dat warmte 'n vloeistof was wat van warm na koue liggame vloei.
Die eerste persoon wat 'n presiese eksperiment uitgevoer het om die meganiese ekwivalent van warmte te bepaal, was James Prescott Joule, 'n Engelse fisikus en brouer. In 1845 het hy 'n artikel gepubliseer getiteld "The Mechanical Equivalent of Heat," waarin hy sy toerusting en metode beskryf het.
Joule het 'n koperen kalorimeter gevul met water en 'n peddelwiel-meganisme aan valsende gewigte gekoppel.
Toe die gewigte val, het hulle die peddelwiel gedraai, wat die water binne die kalorimeter geroer het. Die kinetiese energie van die gewigte en die peddelwiel is omgeskep na warmte-energie in die water. Joule het die temperatuurstygting van die water gemeet en die hoeveelheid werk wat deur die gewigte gedoen is, bereken. Hy het hierdie eksperiment verskeie kere herhaal met verskillende gewigte en hoogtes en 'n konsekwente waarde vir J: 778.24 voet-pond-krag per graad Fahrenheit (4.1550 J/cal) gevind.
Joule se eksperiment het bewys dat werk en warmte ekwivalent en bewaar is,
wat beteken dat hulle nie geskep of vernietig kon word, maar slegs van die eine vorm na die ander omskep kon word. Dit was 'n groot deurbraak in die ontwikkeling van termodinamika, wat die studie van energie en sy transformasies is.
Watter Toepassings het die Meganiese Ekwivalent van Warmte?
Die konsep van die meganiese ekwivalent van warmte het baie toepassings in wetenskap en ingenieurswese. Byvoorbeeld:
Dit verduidelik hoe motore werk deur chemiese energie in brandstof om te skakel na meganiese energie in beweging.
Dit help ons om die effektiwiteit van masjiene en prosesse te bereken deur die insetwerk en uitsetwarmte te vergelyk.
Dit laat ons toe om toestelle te ontwerp wat afvalwarmte kan omskep na nuttige werk, soos termo-elektriese generatore.
Dit laat ons toe om te verstaan hoe lewende organismes metaboliese energie gebruik om verskeie funksies te voltooi.
Die meganiese ekwivalent van warmte is ook verwant aan ander belangrike konsepte in termodinamika, soos entropie, spesifieke warmtekapasiteit, latent warmte, en termiese uiteensetting.
Gevolgtrekking
In hierdie artikel het ons geleer oor die meganiese ekwivalent van warmte,
wat die hoeveelheid werk is wat vereis word om 'n eenheid hoeveelheid warmte in 'n stelsel te produseer. Ons het ook gesien hoe hierdie konsep deur Rumford en Joule deur eksperimente oor wrywing en roer van water ontdek is. Laastens het ons 'n paar toepassings en implikasies van hierdie konsep in wetenskap en ingenieurswese bespreek.
Verklaring: Respekteer die oorspronklike, goeie artikels wat deelbaar is, as daar inbreuk is maak asb kontak vir verwydering.
