Joule kísérlete
Statisztikai fizika és termodinamika
A Joule-kísérletben meghatározzák a hő mechanikai egyenértékét, vagyis az összefüggést az energia joule (joule) egysége és a hőkalória egysége között.
Ennek a szimulált tapasztalatnak a célja annak a nagy mennyiségű energiának a bemutatása, amely a hővé történő átalakuláshoz szükséges ahhoz, hogy érezhetően megemelje egy kis térfogatú víz hőmérsékletét.
Leírás.
A hőszigetelt tartály tartalmaz egy bizonyos mennyiségű vizet, hőmérővel mérve a hőmérsékletét, egy tengely lapátokkal, amelyeket egy súly hatására mozgásba hoznak, amint az az ábrán látható.
A kísérlet eredeti változata két egyenlő súlyból áll, amelyek szimmetrikusan lógnak a tengelyen.
A gyakorlatilag állandó sebességgel mozgó súly elveszíti a potenciális energiát. Ennek eredményeként a lapátok által kevert víz súrlódás miatt forróvá válik.
Ha a tömeg blokkolja M ereszkedj le egy magasságra h, a potenciális energia csökken Mgh, és ez az az energia, amelyet a víz melegítésére fordítanak (az egyéb veszteségeket elhanyagolják).
Joule megállapította, hogy a potenciális energia csökkenése arányos a víz hőmérsékletének emelkedésével. Az arányosság állandója (a víz fajhője) 4,186 J/(g єC). Ezért 4 186 J mechanikus energia megnöveli 1 g víz hőmérsékletét 1 ° C-kal. A kalória meghatározása 4186 J, függetlenül a melegítendő anyagtól.
A Joule-kísérlet szimulációjában nem veszik figyelembe a kaloriméter, a hőmérő, a tengely és a lapátok vízegyenértékét, a kaloriméter tartályának szigetelőfalain keresztüli energiaveszteséget és a tárcsák súrlódása miatti egyéb veszteségeket stb.