Մեխանիկական աշխատանքը և ջերմությունը իրար փոխանցելի են
Այս հոդվածում մենք կուսումնասիրենք ջերմության մեխանիկական համարժեքի գաղափարը, որը պնդում է, որ մեխանիկական աշխատանքը և ջերմությունը կարող են փոխկառավարվել մի մյուսի մեջ: Մենք նաև կսովորենք այն փորձերի և հայտնագործությունների մասին, որոնք հանգեցրին այս գաղափարին և ինչպես դա օգնեց ստեղծել ջերմոդինամիկայի գիտությունը:
Ինչ է ջերմության մեխանիկական համարժեքը:
Ջերմության մեխանիկական համարժեքը տերմին է, որը նկարագրում է մեխանիկական աշխատանքի և ջերմության հարաբերությունը:
Դա սահմանվում է որպես այն աշխատանքը, որը պահանջվում է համակարգում միավոր քանակությամբ ջերմության ստեղծման համար: Ջերմության մեխանիկական համարժեքի սիմվոլն է J, և այն նաև հայտնի է որպես Ջուլի հաստատուն կամ Ջուլի ջերմության մեխանիկական համարժեք, այն գիտնականի անունով, ով առաջին անգամ չափեց դա:
Ջերմության մեխանիկական համարժեքի բանաձևն է.
որտեղ W համակարգում կատարված աշխատանքն է, իսկ Q համակարգում առաջացած ջերմությունն է:
Ջերմության մեխանիկական համարժեքի միավորը ջուլ պար կալորիա (J/cal) է, որը նշանակում է, որ մեկ ջուլ աշխատանքը ստեղծում է մեկ կալորիա ջերմություն: Մեկ կալորիան այն ջերմությունն է, որը պահանջվում է մեկ գրամ ջուրի ջերմաստիճանը բարձրացնել մեկ ցելսիուս աստիճանով:
Ինչպե՞ս հայտնաբերվեց ջերմության մեխանիկական համարժեքը:
Մեխանիկական աշխատանքի և ջերմության փոխակերպելիությունը առաջին անգամ առաջ քաշեց Բենջամին Թոմպսոնը, որը նաև հայտնի է Ռումֆորդ աշխարհագրի անունով, 1798 թվականին: Նա դիտեց, որ Մյունխի զինական հանգույցում մանրակների աշխատանքը առաջ բերում է շատ քանակությամբ ջերմություն: Նա եզրակացրեց, որ ջերմությունը նախկինում համարվող նյութը չէ, այլ շարժման ձև է:
Սակայն Ռումֆորդը չի նշել ջերմության մեխանիկական համարժեքի թվային արժեքը, նաև չի կատարել կոնտրոլավորվող փորձ դրա չափման համար: Նրա դիտարկումները սպառողների կողմից հարցրեցին, որոնք հավասարակշռում էին ջերմության կալորիկ տեսության, որը պնդում էր, որ ջերմությունը նյութ է, որը հոսում է տաքից սառը մարմինների դեպի:
Ջերմության մեխանիկական համարժեքը հաստատելու համար առաջին անգամ կատարել ճշգրիտ փորձը Ջեյմս Պրեսկոտ Ջուլը, անգլիացի ֆիզիկոս և բրենդի պրոդուկտոր: 1845 թվականին նա հրապարակեց աշխատությունը «Ջերմության մեխանիկական համարժեքը» վերնագրով, որտեղ նկարագրեց իր սարքը և մեթոդը:
Ջուլը օգտագործեց ջրով լցված մի կոպեր կալորիմետր և ընկնող զանգվածների կապված փալայակ մեխանիզմ:
Զանգվածները ընկնելով, պտտում էին փալայակը, որը շարժում էր ջրը կալորիմետրում: Զանգվածների և փալայակի կինետիկ էներգիան փոխակերպվում էր ջրի ջերմային էներգիայի: Ջուլը չափեց ջրի ջերմաստիճանի բարձրացումը և հաշվեց զանգվածների կողմից կատարված աշխատանքը: Նա կրկնեց այս փորձը մի քանի անգամ տարբեր զանգվածներով և բարձրություններով և գտավ մի հաստատուն արժեք J-ի համար. 778.24 վայրժան-կոշտ դեգրե Ֆարենհայտ (4.1550 J/cal):
Ջուլի փորձը ապացուցեց, որ աշխատանքը և ջերմությունը համարժեք են և պահպանվում են,
որը նշանակում է, որ դրանք չեն կարող ստեղծվել կամ կորցվել, այլ մի ձևից մյուս ձև փոխակերպվել են: Սա ջերմոդինամիկայի զարգացման մեջ մեծ առաջընթաց է, որը էներգիայի և դրա փոխակերպումների ուսումնասիրությունն է:
Ջերմության մեխանիկական համարժեքի ո՞ր կիրառություններն են:
Ջերմության մեխանիկական համարժեքի գաղափարը ունի շատ կիրառություններ գիտության և ճարտարագիտության մեջ: Օրինակ.
Այն բացատրում է ինչպես շարժիչները աշխատում են, փոխակերպելով վառույթի քիմիական էներգիան շարժման մեխանիկական էներգիայի:
Այն օգնում է մեզ հաշվարկել մեքենաների և պրոցեսների արդյունավետությունը, համեմատելով մուտքային աշխատանքը և ելքային ջերմությունը:
Այն թույլ է տալիս մեզ պարագանել սարքեր, որոնք կարող են փոխակերպել կորցված ջերմությունը օգտակար աշխատանքի, ինչպես օրինակ թերմոէլեկտրական գեներատորները:
Այն թույլ է տալիս
