மெ-chanical Work மற்றும் Heat எவ்வாறு பரிமாற்றக்கூடியவை

இந்த கட்டுரையில், வெப்ப மற்றும் சக்தி ஒன்றையொன்று மாற்றி அமைக்க முடியும் என்ற கருத்தை ஆலோசிக்கும். இது தொடர்பாக நடைமுறை சோதனைகள் மற்றும் கண்டுபிடிப்புகள் பற்றியும், இவை எவ்வாறு வெப்பவியலின் அறிவியல் தொடர்பில் உதவியது என்பதையும் அறிந்து கொள்வோம்.

வெப்பத்தின் சக்தியான சமமானத்தை என்ன என்பதை அறிந்து கொள்வோம்

வெப்பத்தின் சக்தியான சமமானத்தை விளக்கும் சொல், சக்தியான வேலை மற்றும் வெப்ப இவை இருவையும் ஒன்றையொன்று மாற்றி அமைக்க முடியும் என்பதை விளக்குகிறது.

இது, ஒரு அலகு வெப்பத்தை உருவாக்க தேவையான வேலையின் அளவை வரையறுக்கிறது. வெப்பத்தின் சக்தியான சமமானத்தின் சின்னம் J மற்றும் இது முதலில் அளவு கண்ட அறிஞரின் பெயரான Joule’s constant அல்லது Joule’s mechanical equivalent of heat என்றும் அழைக்கப்படுகிறது.

வெப்பத்தின் சக்தியான சமமானத்தின் சமன்பாடு:

இங்கு W என்பது ஒரு அமைப்பில் செய்யப்பட்ட வேலை, Q என்பது அந்த அமைப்பில் உருவாக்கப்பட்ட வெப்பம்.

வெப்பத்தின் சக்தியான சமமானத்தின் அலகு joule per calorie (J/cal) ஆகும், இதன் பொருள் ஒரு joule வேலை ஒரு calorie வெப்பத்தை உருவாக்கும். ஒரு calorie என்பது, ஒரு கிராம் தண்ணீரின் வெப்பத்தை ஒரு கோடி செல்ஸியஸ் உயர்த்த தேவையான வெப்பத்தின் அளவைக் குறிக்கும்.

வெப்பத்தின் சக்தியான சமமானத்தை எவ்வாறு கண்டுபிடித்தனர்?

சக்தியான வேலை மற்றும் வெப்ப இவை இருவையும் ஒன்றையொன்று மாற்றி அமைக்க முடியும் என்பது 1798 ஆம் ஆண்டில் Benjamin Thompson (Count Rumford) என்பவரால் முதலில் குறிப்பிடப்பட்டது. அவர், மியுனிசில் உள்ள ஒரு அரசியல் நிறுவனத்தில் கைகளால் விடிய கைகளை வெட்டும் போது அதிக அளவிலான வெப்பம் உருவாகும் என்பதை கண்டுபிடித்தார். அவர் முன்னோடியின் கருத்துகளை மாற்றி, வெப்பம் ஒரு பொருள் அல்ல என்று கூறினார், இது ஒரு வகையான இயக்கம் என்று கூறினார்.

ஆனால், Rumford வெப்பத்தின் சக்தியான சமமானத்திற்கு ஒரு எண்மதிப்பை வழங்கவில்லை, அல்லது அதை அளவு கொள்ளும் ஒரு நியமிக்கப்பட்ட சோதனையை நடத்தவில்லை. அவரது கண்டுபிடிப்புகள், வெப்பம் ஒரு பொருள் மற்றும் அது சூடான பொருளிலிருந்து தூண்டான பொருளுக்கு வெளியேறும் என்ற கருத்தை வெறுக்கும் அறிஞர்களால் சவாலுக்கு விட்டன.

வெப்பத்தின் சக்தியான சமமானத்தை அளவு கொள்ளும் முதல் சோதனையை நடத்தியவர் James Prescott Joule, ஒரு ஆங்கில இயற்பியலாளர் மற்றும் பீரு உற்பத்தியாளர். 1845 ஆம் ஆண்டில், அவர் "The Mechanical Equivalent of Heat" என்ற தலைப்பில் தனது அமைப்பு மற்றும் முறையை விளக்கிய ஒரு கட்டுரையை வெளியிட்டார்.

Joule, தண்ணீரால் நிரப்பப்பட்ட ஒரு கோப்பர் calorimeter மற்றும் விழுந்த நிறைகளுக்கு இணைக்கப்பட்ட ஒரு paddle-wheel அமைப்பை பயன்படுத்தினார்.

நிறைகள் விழும்போது, அவை paddle wheel ஐ சுழல்க்கின்றன, இது calorimeter உள்ள தண்ணீரை அலைத்து வைக்கிறது. நிறைகளின் மற்றும் paddle-wheel இன் kinetic energy தண்ணீரில் வெப்ப energy ஆக மாறுகிறது. Joule, தண்ணீரின் வெப்பத்தின் உயர்வை அளவு கொண்டு நிறைகளால் செய்யப்பட்ட வேலையின் அளவைக் கணக்கிட்டார். அவர் வெவ்வேறு நிறைகளுடன் மற்றும் உயரங்களுடன் இந்த சோதனையை பல முறை நிகழ்த்தினார், J: 778.24 foot-pound-force per degree Fahrenheit (4.1550 J/cal) என்ற ஒரு ஒருங்கிணைந்த மதிப்பைக் கண்டார்.

Joule இன் சோதனை, வேலை மற்றும் வெப்ப இவை இருவையும் சமமானவை மற்றும் சேமிக்கப்படுகின்றன என்பதை நிரூபித்தது,

இதன் பொருள், அவை உருவாக்கப்படவோ அல்லது அழிக்கப்படவோ இல்லை, இருந்தாலும் ஒரு வடிவத்திலிருந்து மற்றொரு வடிவத்திற்கு மாற்றப்படுகின்றன. இது thermodynamics, அதாவது சக்தி மற்றும் அதன் மாற்றங்களின் அறிவியலின் வளர்ச்சியில் ஒரு முக்கிய முன்னேற்றமாக அமைந்தது.

வெப்பத்தின் சக்தியான சமமானத்தின் சில பயன்பாடுகள்

வெப்பத்தின் சக்தியான சமமானத்தின் கருத்து, அறிவியல் மற்றும் பொறியியலில் பல பயன்பாடுகள் உள்ளது. உதாரணத்திற்கு:

• இது எவ்வாறு இயந்திரங்கள் செயல்படுகின்றன என்பதை விளக்குகிறது, இது fuel இலுள்ள chemical energy ஐ motion இலுள்ள mechanical energy ஆக மாற்றுகிறது.

• இது நாம் இயந்திரங்கள் மற்றும் செயல்முறைகளின் efficiency ஐ கணக்கிடுவதில் உதவுகிறது, input work மற்றும் output heat ஐ ஒப்பிடுவதன் மூலம்.

• இது வெப்ப இழப்பை பயனுள்ள வேலையாக ம