Was ist das mechanische Äquivalent von Wärme??

Er Mechanisches Wärmeäquivalent Es ist der Wert der mechanischen Arbeit, die erforderlich ist, um die Temperatur eines Grammes von 14 Wasser zu erhöhen.5 ºC bis 15.5 ºC. Derzeit hat dieses Äquivalent einen Wert von 4.186 Joule, der 1920 gegründet wurde.

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts wurden Thermodynamik und Mechaniker als zwei völlig unabhängige Wissenschaftsfelder angesehen. Joules Verdienst war es zu zeigen, dass ein Zusammenhang zwischen Energieübertragung für die Arbeit und Wärmeübertragung durch Wärme besteht.

Die spezifische Wasserwärme ermöglicht es, die Teetassen für eine beträchtliche Zeit heiß zu halten

Joule hat auch dazu beigetragen, das Energieschutzgesetz festzulegen, das das erste Gesetz der Thermodynamik darstellt. Dieses Gesetz bezieht sich auf die interne Energie (U) eines Systems, in der es angibt, dass sein Beweis nur durch die Arbeit und die Wärme des Systems oder auf dem System geändert werden kann.

Die Idee, dass Hitze und Arbeit äquivalent sind. Dies entstand eine Kontroverse darüber.

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Historische Aspekte

Wasser und Wärme

1792 veröffentlichte Benjamin Thompson, Graf Rumford, in philophischer Transaktion eine Reihe experimenteller Ergebnisse, die auf eine Beziehung zwischen Reibung durch Wasser und Wärmeerzeugung hinwiesen. Diese Signalübertragung führte zu einer Änderung der bekannten Ideen über Wärme.

Mechanische Arbeit und Wärme

Anschließend trugen die Experimente von James Prescott Joule (1818-1889) über die Äquivalenz von Arbeit und Hitze zur Schaffung einer kinetischen Theorie bei, die eine Beziehung zwischen mechanischer Arbeit und Hitze herstellte.

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Diese gegen die Kalorientheorie kontravierte Kalorentheorie, die darauf hinwies, dass Wärme eine Flüssigkeit war, die von einem System zum anderen überging, was zu einem Temperaturanstieg führte.

Im Jahr 1840 stellte Joule fest, dass die im Wasser erzeugte Wärmemenge durch einen elektrischen Strom proportional zum elektrischen und quadratischen Widerstand des elektrischen Stroms war (Intensität).

Später veröffentlichte von Mayer 1842 die Existenz einer Beziehung zwischen mechanischer Arbeit und Hitze. Die gleiche Beziehung wurde jedoch 1843 unabhängig von Joule veröffentlicht. Im selben Jahr veröffentlichte Jules seinen Wert für das mechanische Äquivalent von Wärme. Inzwischen tat Julius von Mayer es 1845, obwohl darauf hingewiesen wurde, dass die experimentelle Grundlage seines Ergebniss nicht überzeugt war.

Einführung des Äquivalents

1845 veröffentlichte Joule einen Job mit dem Titel "Das mechanische Äquivalent von Wärme", eine Veröffentlichung, in der er einen numerischen Wert für das Äquivalent von 772 darstellte.24 Pfund stand (4).1550 Joule · cal^-1). Diese Experimente zeigten eine Beziehung zwischen Reibung und Wärme erzeugt.

1920 wurde der Wert des mechanischen Äquivalents von Wärme bei 4 korrigiert.186 J/g Wasser und definieren Sie diesen Wert als die Menge der mechanischen Arbeiten, die erforderlich sind, um die Temperatur eines Gramms von 14 Wasser zu variieren.5 ºC bis 15.5 ºC.

Im Jahr 1852 stellten Joule und William Thompson fest, dass, wenn ein Gas sein Volumen erweitert, ohne externe Arbeiten zu erledigen, seine Temperatur abnimmt. Der Effekt, der Joule-Thompson bezeichnet wird.

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Joulexperiment

Verfahren

Das Experiment, das Joule erlaubte.

Der Behälter verfügt. Die Unterstützung besteht aus einer Kurbel und einer Fadenrolle, in der die Fäden, die jedes der beiden im Experiment verwendeten Massen gebunden haben.

Ebenso ist der Teil der Stütze, der in das Wasser eingetaucht ist. Schließlich wird das Gerät mit zwei Regeln versehen, eine für jede Masse, mit der die Variation ihrer Höhe während des Experiments bestimmt wird.

Wenn die Massen fallen, drehen sie die Unterstützung und die daran befestigten Paletten und erzeugen eine Bewegung des Wassers, die zu Wärme und Zunahme seiner Temperatur führt, eine Folge der Reibung zwischen den Paletten und dem Wasser.

Durch die Kurbel steigen die Massen an und der Prozess wird mehrmals wiederholt, bis eine merkliche Variation der Temperatur. Das folgende Video zeigt den Betrieb dieses Experiments:

Berechnungen

Die mechanische Arbeit, die beim Abfall der beiden Gewichte geleistet wird, ist ein Produkt des Verlusts der potentiellen Energie:

W = n · m · g · h (Verlust der potentiellen Energie bei der Herstellung von Massen)

Wobei n die Zeiten sind, in denen der Fall der Massen wiederholt wird, mit den mechanischen Arbeiten, um die Paletten zu bewegen, m die Massen von ihnen, g der Beschleunigung der Schwerkraft und h die Höhe der Massen beim Sturz.

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Die Wärme, die durch die Wirkung der Paletten auf dem Wasser erzeugt wird, eine Folge des Sturzes der Massen, wird durch den Ausdruck gegeben:

Q = (m + w^'') (T₂ - T₁)

Wo ist die Wärme erzeugt, m die Masse des Wassers, das Äquivalent in der Hitze des Kalorimeters und t₂ - T₁ Temperaturschwankung.

Das mechanische Äquivalent der Wärme wird dann durch die Beziehung angegeben:

J = w / q

Das wird gleich sein:

J = n · m · g · h / [(m + w ') · (t₂ - T₁)]

= 4186 j / kcal

Spezifische Wärme

Wärmekapazität einer Substanz

Es ist die Menge an Energie, die erforderlich ist, um die Temperatur einer Substanz in 1 ºC zu erhöhen:

C = q / Δt

Wobei C die thermische Kapazität, q die Menge der absorbierten Wärme und Δt die Temperaturvariation ist.

Spezifische Hitze einer Substanz

Die spezifische Wärme ist die Kalorienkapazität einer Substanz pro Masseeinheit:

Ce = q /m · Δt

Wobei CE die spezifische Wärme ist.

Die spezifische Wasserwärme (bei 15 ° C) ist gleich 4.186 J / kg · ºC. Dann entspricht der Wert des mechanischen Äquivalents der Wärme dem Wert der spezifischen Wasserwärme.

Verweise

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