Hvernig eru mekanísk vinnsla og hitt orðuð fyrir hvort annað
Í þessu grein munum við skoða hugtakið mekaníski jafngildi hita, sem segir að mekanísk verkefni og hiti hafi gert til að brota fyrir einann. Við munum einnig læra um rannsóknir og uppgötvun sem leiddu til þessa hugmynds og hvernig það hjálpaði til að stofna vísindagreinina varmaleg dýnamík.
Hvað er mekaníski jafngildi hita?
Mekaníski jafngildi hita er orð sem lýsir sambandi milli mekanískarar vinnu og hita.
Það er skilgreint sem magnið af verkefni sem krefst til að framleiða einingarmagn hita í kerfi. Táknið fyrir mekaníski jafngildi hita er J, og það er einnig þekkt sem Joules fasti eða Joules mekaníski jafngildi hita eftir vísindamanninn sem mældi það fyrst.
Formúlan fyrir mekaníski jafngildi hita er:
þar sem W er verkefnið sem gert er á kerfi, og Q er hitinn sem framleiðst í kerfinu.
Einingin fyrir mekaníski jafngildi hita er joule per kaloría (J/cal), sem merkir að einn joule af verkefnisgerð myndi framleiða einn kaloríu af hita. Ein kaloría er magnið af hita sem krefst til að hækka hitastigi einn grams vatns um einn gráðu Celsius.
Hvernig var mekaníski jafngildi hita uppgötvað?
Hugmyndin um að mekanísk verkefni og hiti væru víxlborðsvara var fyrst komnar frá Benjamin Thompson, sem er einnig kendur sem Count Rumford, árið 1798. Hann athugaði að mikill hiti var framleiddur af friktioni þegar hann borðaði kanónarborð í arsenalinu í München. Hann kom að þeirri niðurstöðu að hiti var ekki efni eins og áður var hugsað, heldur form af hreyfingu.
Rumford gaf hins vegar ekki númerlega gildi fyrir mekaníski jafngildi hita, neðeð gerði hann staðbundið tilraun til að mæla það. Athugasemdir hans voru mótmælt af stöddtakendum hitaværukenningar, sem höfðu að hiti væri væra sem flæði frá heitu til kalda hluta.
Fyrsti maðurinn sem gerði nákvæm tilraun til að ákveða mekaníski jafngildi hita var James Prescott Joule, enskur vísindamaður og bryggjumaður. Árið 1845 gefði hann út ritgerð sem heitir "The Mechanical Equivalent of Heat", í þeirri ritgerði lýsti hann sérstaka aparatinu og aðferð sinni.
Joule notaði kopar calorimeter full af vatni og paddle-wheel mechanism tengd fallandi ösku.
Þegar öskurnar fellu, snúðu þær paddle wheel, sem blandaði vatninu inn í calorimetrið. Kinetíski orku öskurnar og paddle-wheel var breytt í hitaorku í vatninu. Joule mældi hitastigshekkninguna í vatninu og reiknaði magnið af verkefni sem gert var af öskurnar. Hann endurtekur þessa tilraun nokkrum sinnum með mismunandi öskurnar og hæðir og fann samhverfu gildi fyrir J: 778.24 foot-pound-force per degree Fahrenheit (4.1550 J/cal).
Tilraun Joules sannaði að verkefni og hiti væru jafngild og varðveitt,
sem merkir að þau mundu ekki hafa verið búin eða eytt, heldur breytt frá einu formi í annað. Þetta var mikil árás í þróun varmalegrar dýnamíkur, sem er rannsókn á orku og hana brotun.
Hvaða notkynji eru til mekanískrar jafngildis hita?
Hugmyndin um mekaníski jafngildi hita hefur mörg notkynja í vísindum og verkfræði. Til dæmis:
Það skýrir hvernig vélar virka með því að breyta kemilegri orku í brændi í mekanískar orku í hreyfingu.
Það hjálpar okkur að reikna hversu efni málar eru með því að sameina inntaksverkefni og úttakshiti.
Það leyfir okkur að hönnu tæki sem geta breytt spilthita í notalegan verkefni, eins og thermoelectric generators.
Það leyfir okkur að skilja hvernig lifandi orðakerfi nota metabolic orku til að framkvæma mismunandi aðgerðir.
Mekaníski jafngildi hita er einnig tengt öðrum mikilvægum hugtökum í varmalegrar dýnamíkur, eins og entropi, sérstakt hitaefni, latente hita og hitaútfylling.
Ályktun
Í þessari grein höfum við lært um mekaníski jafngildi hita,
sem er magnið af verkefni sem krefst til að framleiða einingarmagn hita í kerfi. Við höfum líka séð hvernig þetta hugmynd var uppgötvað af Rumford og Joule gegnum tilraunir á friktioni og blandingu vatns. Að lokum höfum við rædd um nokkur notkynji og afleiðingar þessa hugmynds í vísindum og verkfræði.
Yfirlýsing: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.
