Quomodo Opus Mechanicum et Calor Intermutabilia Sunt

In hoc articulo, conceptum aequivalentis mechanicus caloris explorabimus, qui dicit quod opus mechanicum et calor in alterum converteri possunt. Discemus etiam de experimentis et inventis quae ad hanc ideam duxerunt et quomodo ad stabiliendam scientiam thermodynamicam auxit.

Quid est Aequivalens Mechanicus Caloris?

Aequivalens mechanicus caloris est terminus qui relationem inter opus mechanicum et calorem describit.

Definitur ut quantitas operis necessaria ad producendum unitatem caloris in systema. Symbolon aequivalentis mechanicus caloris est J, et cognoscitur etiam ut constantia Jouliana vel aequivalens mechanicus caloris Joulianus post scientiarum virum qui primum mensuravit.

Formula pro aequivalente mechanico caloris est:

ubi W est opus factum in systema, et Q est calor generatus in systema.

Unitas pro aequivalente mechanico caloris est joule per caloricum (J/cal), quod significat quod unum joule operis producit unum caloricum caloris. Unum caloricum est quantitas caloris necessaria ad elevandam temperaturam unius grammi aquae per unum gradum Celsius.

Quomodo Aequivalens Mechanicus Caloris Inventus Est?

Idea quod opus mechanicum et calor intersubstitui possint primum a Benjamin Thompson, etiam noto ut Comes Rumford, anno 1798 suggeretur. Observavit quod magnus calor ab attritu generaretur quando canones perforabantur in arsenalibus Monacensibus. Concluserat quod calor non esset substantia, sicut antea putabatur, sed forma motus.

Tamen, Rumford numerum valoris aequivalentis mechanicus caloris non praebuit, neque experimentum controlatum ad mensurandum eum fecit. Observationes eius ab adsertoribus theoriae caloricorum, qui dicebant quod calor esset fluidum quod flueret a corporibus calidis ad frigida, impugnatae sunt.

Prima persona quae experimentum precisum ad determinandum aequivalentem mechanicum caloris fecit fuit James Prescott Joule, physicus et cervecarius Anglicus. Anno 1845, edidit dissertationem titulatam “Aequivalens Mechanicus Caloris,” in qua apparatum suum et methodum descripsit.

Joule usus est calorimetro cupreo impleto aqua et mechanismo rotae pinnatae adfixo ponderibus cadentibus.

Cum pondera caderent, rota pinnata agitabatur, quae aquam in calorimetro movebat. Energia cinetica ponderum et rotae pinnatae in energiam caloris in aqua convertiebatur. Joule mensuravit incrementum temperaturae aquae et calculavit quantitatem operis a ponderibus facti. Experimentum hoc repetivit varias vices cum diversis ponderibus et altitudinibus et invenit valorem consistentem pro J: 778.24 pedes-pounds-force per gradum Fahrenheit (4.1550 J/cal).

Experimentum Joulianum probavit quod opus et calor essent equivalentes et conservati,

id est, quod non creari aut destrui, sed tantum transformari ex una forma in aliam posse. Hoc fuit major progressus in developmentu thermodynamicarum, quae est studium energiae et transformationum eius.

Quae Sunt Aliquae Applicationes Aequivalentis Mechanici Caloris?

Conceptus aequivalentis mechanicus caloris multas applicationes in scientia et ingenieria habet. Exempli gratia:

• Explicat quomodo machinae operantur per conversionem energiae chemicae in combustibili in energiam mechanicam in motu.

• Adiuvat nos efficaciam machinarum et processuum calculare comparando input operis et output caloris.

• Permittit nobis dispositiva designare quae possint calorem superfluum in opus utile convertere, sicut generatores thermoelectrici.

• Permittit nobis intelligere quomodo organismi viventes utuntur energia metabolica ad varias functiones perficiendas.

Aequivalens mechanicus caloris etiam ad alios conceptus importantes in thermodynamicis, sicut entropia, capacitas specifica caloris, calor latens, et expansio thermica, pertinet.

Conclusio

In hoc articulo, discimus de aequivalente mechanico caloris,

qui est quantitas operis necessaria ad producendum unitatem caloris in systema. Vidimus etiam quomodo hic conceptus a Rumford et Joule per experimenta de attritu et agitatione aquae inventus est. Denique, de aliquis applicationibus et implicationibus huius conceptus in scientia et ingenieria disseruimus.

Declaratio: Respecta originalis, boni articulos merito compartendi, si infringit contactus ad deletionem.