Paano Nagagamit Ang Mekanikal na Paggawa at init ng Magkasalamin

Sa artikulong ito, susuriin natin ang konsepto ng mekanikal na katumbas ng init, na nagsasaad na ang mekanikal na gawain at init ay maaaring magbalitinan ng isa't isa. Matututo rin tayo tungkol sa mga eksperimento at pagkakatuklas na nag-udyok sa ideyang ito at kung paano ito tumulong upang itatag ang agham ng termodinamika.

Ano ang Mekanikal na Katumbas ng Init?

Ang mekanikal na katumbas ng init ay isang termino na naglalarawan ng relasyon sa pagitan ng mekanikal na gawain at init.

Ito ay inilalarawan bilang ang halaga ng gawain na kinakailangan upang makapagtamo ng isang yunit ng init sa isang sistema. Ang simbolo para sa mekanikal na katumbas ng init ay J, at kilala rin ito bilang konstante ni Joule o mekanikal na katumbas ng init kay Joule, ang siyentipiko na unang nagsukat nito.

Ang pormula para sa mekanikal na katumbas ng init ay:

kung saan W ang gawain na isinagawa sa isang sistema, at Q ang init na lumitaw sa sistema.

Ang yunit para sa mekanikal na katumbas ng init ay joule per calorie (J/cal), na nangangahulugan na isang joule ng gawain ay nagpapabuo ng isang calorie ng init. Isang calorie ang halaga ng init na kinakailangan upang itaas ang temperatura ng isang gramo ng tubig ng isang grado Celsius.

Kamusta Natuklasan ang Mekanikal na Katumbas ng Init?

Ang ideya na ang mekanikal na gawain at init ay maaaring magbalitinan ay unang ipinag-udyok ni Benjamin Thompson, na kilala rin bilang Count Rumford, noong 1798. Nakita niya na malaking halaga ng init ang nalilikha ng pagkakaiba ng pagkakasalubong kapag binubuo ang mga baril ng kanyon sa isang arsenal sa Munich. Hinango niya na ang init ay hindi isang substansiya, tulad ng dating pinag-akala, kundi isang anyo ng galaw.

Gayunpaman, hindi nagbigay si Rumford ng numerikal na halaga para sa mekanikal na katumbas ng init, ni hindi niya ginawa ang kontroladong eksperimento upang sukatin ito. Pinaglaban ng mga tagasuporta ng teorya ng caloric, na nagsasaad na ang init ay isang fluido na umagos mula sa mainit patungo sa malamig na mga katawan, ang kanyang mga obserbasyon.

Ang unang taong gumawa ng maingat na eksperimento upang matukoy ang mekanikal na katumbas ng init ay si James Prescott Joule, isang Ingles na pisiko at brewer. Noong 1845, inilathala niya ang isang papel na may pamagat na “The Mechanical Equivalent of Heat,” kung saan inilarawan niya ang kanyang aparato at pamamaraan.

Ginamit ni Joule ang isang kalorimeter na gawa sa kopre na puno ng tubig at isang mekanismo ng paddle-wheel na nakakabit sa mga bumabagong timbang.

Kapag ang mga timbang ay bumaba, nilikha nila ang pag-ikot ng paddle wheel, na sumisipsip ng tubig sa loob ng kalorimeter. Ang kinetikong enerhiya ng mga timbang at ng paddle-wheel ay naging enerhiya ng init sa tubig. Sinukat ni Joule ang pagtaas ng temperatura ng tubig at kalkuluhin ang halaga ng gawain na isinagawa ng mga timbang. Ibinabalik niya ang eksperimentong ito ilang beses kasama ang iba't ibang timbang at taas at natuklasan niya ang konsistente na halaga para sa J: 778.24 foot-pound-force per degree Fahrenheit (4.1550 J/cal).

Napatunayan ng eksperimento ni Joule na ang gawain at init ay katumbas at napapanatili,

nangangahulugan na hindi sila maaaring likha o sirain kundi lamang maitransform mula sa isang anyo sa isa pa. Ito ay isang malaking pagkamalaki sa pag-unlad ng termodinamika, na ang pag-aaral ng enerhiya at ang kanyang mga transformasyon.

Alin ang Mga Application ng Mekanikal na Katumbas ng Init?

Ang konsepto ng mekanikal na katumbas ng init ay may maraming application sa agham at inhinyerya. Halimbawa:

• Ito ay nagpapaliwanag kung paano ang mga engine ay gumagana sa pamamagitan ng pagkonvert ng kimikal na enerhiya sa fuel sa mekanikal na enerhiya sa galaw.

• Tumutulong ito sa amin na kalkulahin ang epektividad ng mga makina at proseso sa pamamagitan ng paghahambing ng input na gawain at output na init.

• Nagbibigay ito ng kakayahan upang disenyan ang mga device na maaaring magkonvert ng basurang init sa mahalagang gawain, tulad ng thermoelectric generators.

• Nagbibigay ito ng kakayahan upang maintindihan kung paano ang mga buhay na organismo ay gumagamit ng metabolikong enerhiya upang maisagawa ang iba't ibang mga tungkulin.

Ang mekanikal na katumbas ng init ay may kaugnayan din sa iba pang mahalagang konsepto sa termodinamika, tulad ng entropy, specific heat capacity, latent heat, at thermal expansion.

Pagtatapos

Sa artikulong ito, natutunan natin ang mekanikal na katumbas ng init,

na ang halaga ng gawain na kinakailangan upang makapagtamo ng isang yunit ng init sa isang sistema. Nakita din natin kung paano natuklasan ang ideyang ito ni Rumford at Joule sa pamamagitan ng mga eksperimento sa pagkakaiba ng pagkakasalubong at paghahalo ng tubig. Sa huli, pinag-usapan natin ang ilang mga application at implikasyon ng konseptong ito sa agham at inhinyerya.

Pahayag: Respeto sa original, mabubuti na mga artikulo na karapat-dapat na ibahagi, kung may paglabag sa karapatan ng copyright pakiusap mag-delete.