Mekanik İş ve Isının Değiş tokuş Edilebilirliği

Bu makalede, mekanik işin ve ısıların birbirine dönüştürülebileceği fikrini temsil eden ısıya mekanik eşdeğer kavramını inceleyeceğiz. Ayrıca bu fikre yol açan deneyleri ve keşifleri, termodinamik biliminin nasıl kurulduğunu öğreneceğiz.

Isıya Mekanik Eşdeğer Nedir?

Isıya mekanik eşdeğer, mekanik iş ile ısı arasındaki ilişkiye atıfta bulunan bir terimdir.

Bir sistemde birim miktar ısıyı üretmek için gereken iş miktarı olarak tanımlanır. Isıya mekanik eşdeğerin sembolü J'dir ve ilk bunu ölçen bilim insanının adından dolayı Joule sabiti veya Joule'nin ısıya mekanik eşdeğeri olarak da bilinir.

Isıya mekanik eşdeğer formülü:

burada W, bir sisteme yapılan iş, Q ise sisteminde üretilen ısıdır.

Isıya mekanik eşdeğerin birimi joule per kalori (J/cal) olup, bu birim, bir joule işin bir kalori ısı ürettiğini ifade eder. Bir kalori, bir gram suyun sıcaklığını bir santigrad derece artırmak için gerekli olan ısı miktarıdır.

Isıya Mekanik Eşdeğer Nasıl Keşfedildi?

Mekanik işin ve ısının birbirine dönüştürülebileceği fikri, Benjamin Thompson (aynı zamanda Count Rumford olarak da bilinir) tarafından 1798 yılında öne sürüldü. Münih'teki bir silah deposunda top namluları delindiğinde sürtünme sonucu büyük miktarda ısı üretildiğini gözlemledi. Isının daha önce düşünüldüğü gibi bir madde değil, hareket bir formu olduğunu sonucuna vardı.

Ancak, Rumford mekanik eşdeğeri için bir sayısal değer sağlamadı ve onu ölçmek için kontrol edilmiş bir deney yapmadı. Gözlemleri, ısı akışkan bir sıvı olduğunu savunan kalorik teori destekçileri tarafından zorlandı.

Isının mekanik eşdeğerini belirlemek için hassas bir deney yapan ilk kişi, İngiliz fizikçi ve bira üreticisi James Prescott Joule oldu. 1845'te, "Isının Mekanik Eşdeğeri" adlı bir makale yayınladı ve bu makalede cihazı ve yöntemini açıkladı.

Joule, su ile dolu bir bakır kalorimetre ve düşen ağırlıklara bağlı bir palet tekerlek mekanizması kullandı.

Ağırlıklar düştükçe, palet tekerleği döndü ve kalorimetre içindeki suyu karıştırdı. Ağırlıkların ve palet tekerleğinin kinetik enerjisi, suya ısı enerjisi olarak dönüştürüldü. Joule, suyun sıcaklık artışını ölçtü ve ağırlıkların yaptığı iş miktarını hesapladı. Bu deneyi farklı ağırlıklar ve yüksekliklerle birkaç kez tekrarladı ve J için tutarlı bir değer buldu: 778.24 ayak-kuvvet-ferehheit derecesi (4.1550 J/kal).

Joule'nin deneyi, iş ve ısı eşdeğer olduğuna ve korunduğuna kanıt sağladı,

yani bunlar yaratılamaz veya yok edilemez, sadece bir formdan diğerine dönüştürülebilirdi. Bu, enerjiyi ve dönüşümlerini inceleyen termodinamik alanındaki önemli bir atılımdı.

Isının Mekanik Eşdeğerinin Bazı Uygulamaları Nelerdir?

Isının mekanik eşdeğeri kavramı, bilim ve mühendislikte birçok uygulamaya sahiptir. Örneğin:

• Motorların yakıttaki kimyasal enerjinin hareket enerjisine nasıl dönüştürülerek çalıştığını açıklar.

• Giriş işi ve çıkış ısıyı karşılaştırarak makinelerin ve süreçlerin verimliliğini hesaplamamıza yardımcı olur.

• Atık ısıyı faydalı işe dönüştürebilen cihazları tasarlamamızı sağlar, örneğin termoelektrik jeneratörler.

• Bu, canlı organizmaların çeşitli işlevleri gerçekleştirmek için metabolik enerjiyi nasıl kullandığını anlamamıza olanak tanır.

Isının mekanik eşdeğeri, entropi, özgü sıcaklık kapasitesi, gizil ısı ve termal genişleme gibi termodinamikteki diğer önemli kavramlarla da ilişkilidir.

Sonuç

Bu makalede, ısıya mekanik eşdeğer hakkında öğrendik,

bu, bir sistemin birim miktarda ısıyı üretmek için gereken iş miktarıdır. Bu kavramın Rumford ve Joule tarafından sürtünme ve su karıştırma deneyleri aracılığıyla nasıl keşfedildiğini de gördük. Son olarak, bu kavramın bilim ve mühendislikte bazı uygulamalarını ve sonuçlarını tartıştık.

Bildiri: Orijinali saygıya değer, iyi makaleler paylaşılabilir, eğer kopya hakkı varsa lütfen silme isteği ile başvurunuz.