Механикалық жұмыс және жылу қалай ауыстырылатыны

Бұл мақалада, механикалық жылу эквиваленті туралы ұғымды қарастыраймыз, ол механикалық жұмыс мен жылу бір-біріне ауыса аледі деген сөз. Біз деңгейлі ойлаушылардың эксперименттері мен ашыларын қайталап, термодинамика ғылымының қалыптасуына қалай көмектестігін үйренеміз.

Механикалық жылу эквиваленті не?

Механикалық жылу эквиваленті - бұл механикалық жұмыс мен жылу арасындагы байланысты сипаттайтын термин.

Ол системада бір мәндердік жылу үшін қажетті жұмыс мөлшерімен анықталады. Механикалық жылу эквивалентінің белгісі - J, ол өлшенген ғалымдың атымен, Жоулденің тұрақтысы немесе Жоулденің механикалық жылу эквиваленті деп да аталады.

Механикалық жылу эквиваленті формуласы:

мұнда W - системада іске қосылған жұмыс, Q - системада пайда болған жылу.

Механикалық жылу эквивалентінің бірлігі - жоул нарық (J/cal), бұл бір жоул жұмыс бір нарық жылу қалыптасқанын білдіреді. Бір нарық - бұл бір грамм су ығыс температурасын бір градус Цельсийге жою үшін қажетті жылу мөлшері.

Механикалық жылу эквиваленті қалай ашылды?

Механикалық жұмыс мен жылу арасында ауыспау үшін Бенжамин Томпсон, Румфорд графы ретінде да белгілі, 1798 жылы алғаш рет ескерту берді. Ол Мюнхендегі арсеналда топшы құбырларын ауыратында сиректеуден шамамен жылу қалыптасқанын байқады. Ол жылу өзінің қабылдарына қарағанда, соңғы заманда қалыптасқан, бірақ ол қозғалыс формасы деп нәтиже шығарды.

Бірақ, Румфорд механикалық жылу эквивалентінің сандық мәнін бермеген, сондай-ақ, оны өлшеуге арналған бақылаулы экспериментті жүргізген емес. Оның байқаулары жылу қозғалыс теориясының қолдайштары тағы болжалдады, олар жылу жылуынан тоқырақ құбырларға ағып келетін жылу субстанциясы деп ұғынды.

Механикалық жылу эквивалентін өлшеуге арналған алғашқы тәуелсіз экспериментті өткізген - Англиялық физик және пивовар Жеймс Прескотт Жоул. 1845 жылы "Механикалық жылу эквиваленті" атты жазбаға шығарып, оның аппараты мен әдісін сипаттады.

Жоул сумен толтырылған мис бойынша және суға қозғалыс беретін колесімен толтырылған меди бойынша қолданылған.

Суыңыздар төменге түсті, олар колесін қозғалтып, суға қозғалыс берді. Суыңыздар мен колесінің кинетикалық энергиясы суға қалыптасқан жылу энергиясыне ауыстады. Жоул су температурасының өсуін өлшеп, суыңыздармен іске қосылған жұмысты есептеді. Ол бұл экспериментін әртүрлі суыңыздар мен биіктіктермен нешеге рет қайталап, J үшін тұрақты мән табды: 778.24 фут-фунт-сила на Фаренгейт (4.1550 J/cal).

Жоулдың эксперименті жұмыс және жылу эквивалентті болғанын және сакталғанын дәлелдеді,

бұл олар жасалып, өткізілгенін, бірақ бір формаға қалыптасқанын дәлелдеді. Бұл термодинамика ғылымының қалыптасуында маңызды ашылым болды, ол энергия және оның қалыптасуын өту ғылымы.

Механикалық жылу эквивалентінің қандай қолданылуы?

Механикалық жылу эквиваленті ғылым және инженерияда көптеген қолданылуы бар. Мысалы:

• Ол моторлардың қалыптасуын түсіндіреді, топтағы химиялық энергиясын қозғалыс энергиясына ауыстыру арқылы.

• Ол машиналардың және процестердің қуаттылығын есептеуге көмектеседі, енгізілген жұмыс және шығыс жылуын салыстыру арқылы.

• Ол жоғары жылуын пайдалы жұмысқа айналдыруға арналған приборларды құрастыруға мүмкіндік береді, мысалы, термоэлектрикалық генераторлар.

• Ол өмірді жүзеге асыру үшін метаболизм энергиясын қолданатын организмдерді түсінуге мүмкіндік береді.

Механикалық жылу эквиваленті термодинамикаға байланысты басқа маңызды ұғымдармен, мисалы, энтропия, анықталған жылу қабылдары, жылу сызықтың жылу қабылдары, жылу сызықтың жылу қабылдары, жылу сызықтың жылу қабылдары және термалдық қабылдарымен байланысты.

Қорытынды

Бұл мақалада, механикалық жылу эквиваленті туралы ұғымды үйрендік,