Hő és munka Tudományos szövegek
A hő és a munka kapcsolata
Ha a hő és a munka az egyik testből vagy rendszerből a másikba áramló energia egyik formája, akkor kapcsolódniuk kell egymáshoz. Az ilyen típusú kapcsolat igazolása volt az egyik kísérleti cél, amelyet James Prescott Joule (1818-1889) angol fizikus kitartóan követett. Még akkor is, amikor különböző kísérleteket végzett ennek a kapcsolatnak a keresésére, a legismertebb abból állt, hogy meghatároztuk a kaloriméter belsejében termelődő hőmennyiséget egy forgólapátos rendszer kaloriméterének vízével való súrlódás eredményeként, és ezt követően összehasonlítottuk a szükséges munkával. mozgassa őket.
Az érintett mechanikai energiát Joule kísérletében olyan súlyok elejtésével szabályozták, amelyek kezdeti potenciális energiája könnyen kiszámítható volt, így a munka W, a mechanikai energia változásaként ezt adná:
W = DEp = m · g · h
lény m a súlyok tömege, h a magasság, ahonnan leesnek és g a gravitáció gyorsulása.
A mozgó pengék által termelt víz keveréséből felszabaduló hő a maga részéről megnövelte a kaloriméter hőmérsékletét és a kalorimetrikus egyenlet alkalmazását:
Q = m c (Tf - Ti)
értékének meghatározása Q és hasonlítsa össze azzal W.
Kísérletsorozat után, amelyben fokozatosan javította eredményeit, arra a megállapításra jutott, hogy a rendszeren végzett munka és a kaloriméterben felszabaduló hő mindig állandó kapcsolatot tartott fenn, és megközelítőleg megegyezett a 4,2-vel. Vagyis minden elvégzett 4,2 joule esetén egy kalóriával megegyező hőmennyiséget közöltek a kaloriméterrel. Ez az elnevezett érték a hő mechanikai egyenértéke ma pontosabban ismert, és 4184 joule/kalória. A hő közötti numerikus összefüggés Q és munka W ezután a következő formában írható:
W (joule) = 4,18 Q(kalória)