यांत्रिक काम र उष्मा कसरी परस्पर-परिवर्तनीय हुन्छन्
यस लेखमा, हामी गर्मीको यान्त्रिक समतुल्यको धारणाको अध्ययन गर्नेछौं, जसले यान्त्रिक काम र गर्मीलाई एक पर्स्पर रूपमा रूपान्तरण गर्न सकिँछ। हामी यस धारणाको प्रवर्तनमा भएका प्रयोगहरू र आविष्कारहरूको बारेमा पनि जान्नेछौं र यो थर्मोडायनमिक्सको विज्ञान स्थापना गर्न मद्दत गर्यो।
गर्मीको यान्त्रिक समतुल्य कस्तो छ?
गर्मीको यान्त्रिक समतुल्य एउटा पद हो जो यान्त्रिक काम र गर्मीबीचको सम्बन्धलाई वर्णन गर्दछ।
यो एउटा प्रणालीमा एक इकाई गर्मी उत्पन्न गर्न आवश्यक यान्त्रिक कामको मात्रा भनेर परिभाषित गरिएको छ। गर्मीको यान्त्रिक समतुल्यको प्रतीक J हो, र यसलाई जस वैज्ञानिकले पहिलो नापिएको थिए त्यसको नाम जोउलको स्थिराङ्क वा जोउलको गर्मीको यान्त्रिक समतुल्य भनिन्छ।
गर्मीको यान्त्रिक समतुल्यको सूत्र यस्तो छ:
जहाँ W प्रणालीमा गरिएको काम र Q प्रणालीमा उत्पन्न भएको गर्मी हो।
गर्मीको यान्त्रिक समतुल्यको इकाई जूल प्रति कैलोरी (J/cal) हो, जसको अर्थ एक जूल कामले एक कैलोरी गर्मी उत्पन्न गर्छ। एक कैलोरी एक ग्राम जलको तापमानलाई एक डिग्री सेल्सियस बढाउन आवश्यक गर्मी हो।
गर्मीको यान्त्रिक समतुल्य कसरी खोजिएको थियो?
यान्त्रिक काम र गर्मी एक पर्स्पर रूपमा रूपान्तरण गरिन सकिन्छ भन्ने धारणा पहिलो बार १७९८ मा बेनजामिन थम्पसनले, जसलाई काउन्ट रमफोर्ड पनि भनिन्छ, उपस्थापन गरेका थिए। उनले म्युनिखमा एक युद्धास्त्र निर्माण शिविरमा टोपी बनाउँदा घर्षणले उत्पन्न गरेको ठूलो मात्रामा गर्मी देखेका थिए। उनले निष्कर्ष निकालेका थिए कि गर्मी पहिले भनिएको जस्तै एक पदार्थ छैन, बल्कि एक प्रकारको गति हो।
तर रमफोर्डले गर्मीको यान्त्रिक समतुल्यको अंकित मान प्रदान गरेका थिए न, न उनले यसको मापन गर्नको लागि नियन्त्रित प्रयोग गरेका थिए। उनको अवलोकनहरूलाई कलोरिक सिद्धान्तका समर्थकहरूले चुनौती दिए, जो गर्मीलाई एक तरल पदार्थ भनिन्छ जो गर्म वस्तुभन्दा ठण्डो वस्तुमा प्रवाह गर्छ।
गर्मीको यान्त्रिक समतुल्य निर्धारण गर्नको लागि पहिलो यथार्थ प्रयोग गरेको व्यक्ति जेम्स प्रेस्कट जोउल, एक अंग्रेजी भौतिकशास्त्री र बियर उत्पादक, थिए। १८४५ मा, उनले "गर्मीको यान्त्रिक समतुल्य" नामक एक पेपर प्रकाशित गरेका थिए, जहाँ उनले आफ्नो उपकरण र विधि वर्णन गरेका थिए।
जोउलले पानी भरिएको एक ताम्र गर्मी मापन यन्त्र र गिर्ने वजनसँग जोडिएको एक पेडल-चक्र उपकरण प्रयोग गरेका थिए।
जब वजनहरू गिर्ने थिए, त्यसले पेडल चक्रलाई घुमाउँदो, जसले गर्मी मापन यन्त्रको अन्दरको पानी भिजाउँदो। वजनहरू र पेडल-चक्रको गतिज ऊर्जा पानीमा गर्मी ऊर्जामा रूपान्तरित भए। जोउलले पानीको तापमान वृद्धि मापेका थिए र वजनहरूद्वारा गरिएको कामको मात्रा गणना गरेका थिए। उनले विभिन्न वजन र उच्चताहरूको साथ यो प्रयोग केही बार दोहोरिएका थिए र J लाई निम्न निरन्तर मान पाएका थिए: ७७८.२४ फुट-पाउन्ड-बल प्रति डिग्री फारेनहाइट (४.१५५० J/cal)।
जोउलको प्रयोगले काम र गर्मी एक पर्स्पर रूपमा रूपान्तरण गरिन सकिन्छ र संरक्षित छ भन्ने प्रमाणित गर्यो,
यानी तिनीहरू बनाइन वा नष्ट गरिन सकिन्छ न, बल्कि एक रूपबाट अर्को रूपमा रूपान्तरण गरिन सकिन्छ। यो थर्मोडायनमिक्सको विकासमा एक महत्वपूर्ण प्रगति थियो, जो ऊर्जा र यसको रूपान्तरणको अध्ययन हो।
गर्मीको यान्त्रिक समतुल्यका कुन कुन अनुप्रयोगहरू छन्?
गर्मीको यान्त्रिक समतुल्यको धारणाले विज्ञान र अभियान्त्रिकीमा धेरै अनुप्रयोगहरू छन्। उदाहरणका लागि:
यसले यन्त्रहरूले कसरी काम गर्छन व्याख्या गर्छ, जहाँ ईंधनमा रहेको रासायनिक ऊर्जालाई गतिज ऊर्जामा रूपान्तरण गरिन्छ।
यसले आइनपुट काम र आउटपुट गर्मीको तुलना गरेर यन्त्रहरू र प्रक्रियाहरूको दक्षता गणना गर्न मद्दत गर्छ।
यसले अपशिष्ट गर्मीलाई उपयोगी काममा रूपान्तरण गर्न सक्ने उपकरणहरू, जस्तै थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरहरू, डिझाइन गर्न मद्दत गर्छ।
यसले जीवित जीवहरूले कसरी मेटाबोलिक ऊर्जालाई विभिन्न कार्यहरू गर्न उपयोग गर्छन व्याख्या गर्न मद्दत गर्छ।
गर्मीको यान्त्रिक समतुल्य थर्मोडायनमिक्सका अन्य महत्वपूर्ण धारणाहरू, जस्तै एन्ट्रोपी, विशिष्ट गर्मी धारिता, लाटन्ट गर्मी, र थर्मल विस्तार, सँग सम्बन्धि
