Joule kísérletei - Tudományos kultúra jegyzetfüzet
Experientia docet A hő dinamikája A 28. cikk 2. cikke
Körülbelül fél évszázaddal később James Prescott Joule megismételné Rumford kísérleteit kisebb léptékben. Az 1940-es években kezdte és sok éven át ismételte őket, egyre jobban finomítva eszközeit és technikáit. Minden esetben minél óvatosabb volt, annál pontosabbnak találta a hőmennyiség arányosságát, amelyet a hőmérséklet változásaként és az elvégzett munka mennyiségeként mértek. Miközben Joule vízzel folytatta kísérleteit, az akkori többi kutatóhoz hasonlóan, feltételezte, hogy az arányosság, amelyet a betű jelképez a termelt hőmennyiség között Q (Q a hő általános szimbóluma) megegyezett a tömegével kifejezett vízmennyiséggel, m, szorozva a hőmérséklet változásával (amelyet a görög Δ, delta betű jelképez), T; azzal, ami a kifejezésre jött: Q = mΔT.
Ma már tudjuk, hogy a hőmennyiség, amely egy bizonyos hőmérsékletváltozásnak felel meg, a különböző anyagok esetében eltérő (még akkor is, ha a hőmérséklet függvényében változhat). Ha ezt figyelembe kívánja venni a fenti kifejezésben, egyszerűen adjon meg egy konstansot c, felhívjuk fajlagos hő a szóban forgó anyag Így a hő és a hőmérséklet változásának kapcsolata a következőképpen írható le: Q = m·cΔT.
A hőmennyiség az úgynevezett egységben fejezhető ki kalória. A kalória meghatározása az a hőmennyiség, amely szükséges 1 g víz 1 ° C-os hőmérsékletének normál körülmények között történő emeléséhez. Ennélfogva a víz fajlagos hője, kalóriában kifejezve, pontosan 1, azaz a vízre vonatkozik c = 1 cal/g ° C Ezért, ha ezekben az egységekben beszélünk, a Joule-reláció teljesül: Q = mΔT
Joule nagyon változatos kísérleteket hajtott végre, és különféle eszközöket használt fel annak érdekében, hogy kapcsolatot tudjon kialakítani az alkalmazott rendszertől függetlenül.
A hő és a munka kapcsolatának egyik korai kísérletéhez Joule egyszerű elektromos generátort épített, amelynek hajtóereje csökkenő súly volt. Az így keletkezett elektromos áramot egy kábelen keresztül vezette át, amelyet vízzel ellátott tartályba merítettek, és amelyet felmelegített. Abból a távolságból, amelyet a súly megtett, amikor Joule esett, kiszámolhatta az elvégzett munkát (ne feledje, hogy a munka nem más, mint az erő és a távolság, a súly pedig erő; ez ebben az esetben is az energiapotenciál csökkenése, ami olyan területen való helyzethez kapcsolódik, mint a gravitáció). A víz tömegének szorzata, m, a tartályban hőmérsékletének növelésével, ΔT, megengedte Joule-nak, hogy kiszámolja az előállított hő mennyiségét, Q.