Berapakah setara mekanikal panas?

Dia Setara haba mekanikal Adalah nilai kerja mekanikal yang diperlukan untuk meningkatkan suhu gram 14 air.5 ºC hingga 15.5 ºC. Pada masa ini bersamaan ini mempunyai nilai 4,186 joule, yang ditubuhkan pada tahun 1920.

Pada awal abad ke -19, termodinamik dan mekanik dianggap sebagai dua bidang sains yang benar -benar bebas. Merit Joule adalah untuk menunjukkan bahawa ada hubungan antara pemindahan tenaga untuk kerja dan pemindahan haba dengan haba.

Panas air yang spesifik membolehkan cawan teh disimpan panas untuk masa yang agak lama

Joule juga menyumbang untuk menubuhkan undang -undang pemuliharaan tenaga yang merupakan undang -undang termodinamik pertama. Undang -undang ini merujuk kepada tenaga dalaman (u) sistem, di mana ia menunjukkan bahawa buktinya hanya boleh diubah oleh kerja dan haba yang dilaksanakan oleh sistem atau sistem.

Idea bahawa panas dan kerja bersamaan dicadangkan oleh Julius Robert von Mayer pada tahun 1842, dan secara bebas oleh James Joule, pada tahun 1843. Ini berasal dari kontroversi yang telah menubuhkan nilai setara mekanikal haba, yang telah diselesaikan memihak kepada Joule pada tahun 1864.

[TOC]

Aspek sejarah

Air dan panas

Pada tahun 1792, Benjamin Thompson, Count Rumford, yang diterbitkan dalam transaksi Philophical satu set hasil eksperimen yang menunjukkan hubungan antara geseran yang dialami oleh air dan penjanaan haba. Isyarat ini menghasilkan perubahan dalam idea yang diketahui mengenai haba.

Kerja mekanikal dan panas

Selepas itu, eksperimen James Prescott Joule (1818-1889) mengenai kesetaraan kerja dan haba, menyumbang kepada penubuhan teori kinetik yang mewujudkan hubungan antara kerja mekanikal dan panas.

Boleh melayani anda: Neodymium: struktur, sifat, kegunaan

Teori kalori ini melanggar, yang menunjukkan bahawa haba adalah cecair yang diluluskan dari satu sistem ke satu sama lain, menghasilkan peningkatan suhu.

Pada tahun 1840, Joule menegaskan bahawa jumlah haba yang dihasilkan di dalam air oleh arus elektrik adalah berkadar dengan rintangan elektrik dan persegi arus elektrik (intensiti).

Kemudian, pada tahun 1842 von Mayer menerbitkan kewujudan hubungan antara kerja mekanikal dan panas. Walau bagaimanapun, hubungan yang sama diterbitkan secara bebas oleh Joule pada tahun 1843. Pada tahun yang sama Jules menerbitkan nilainya untuk setara mekanikal panas. Sementara itu, Julius Von Mayer melakukannya pada tahun 1845, walaupun ia menunjukkan bahawa asas eksperimen hasilnya tidak meyakinkan.

Pengenalan bersamaan

Pada tahun 1845, Joule menerbitkan pekerjaan bertajuk "The Mechanical Sequivalent of Heat", sebuah penerbitan di mana beliau menyampaikan nilai berangka untuk bersamaan dengan 772.Stande 24 paun (4.1550 joule · cal^-1). Eksperimen ini menunjukkan hubungan antara geseran dan haba yang dihasilkan.

Pada tahun 1920 nilai persamaan mekanikal haba pada 4 telah diperbetulkan.186 j/g air, kemudian menentukan nilai ini sebagai jumlah kerja mekanikal yang diperlukan untuk mengubah suhu gram 14 air.5 ºC hingga 15.5 ºC.

Pada tahun 1852, Joule dan William Thompson mendapati bahawa apabila gas mengembangkan jumlahnya, tanpa melakukan kerja luaran, terdapat penurunan suhunya. Kesan yang dipanggil Joule-Thompson berkhidmat sebagai asas untuk penubuhan industri penyejukan di England abad kesembilan belas.

Boleh melayani anda: sebatian organik: ciri, klasifikasi, contoh

Eksperimen Joule

Prosedur

Percubaan yang membolehkan Joule.

Bekas mempunyai tudung yang membolehkan penyisipan termometer dan sokongan untuk palet yang akan menggerakkan air. Sokongan terdiri daripada engkol dan gelendong benang di mana benang yang mengikat setiap dua massa yang digunakan dalam eksperimen dimasukkan.

Begitu juga, bahagian sokongan yang direndam di dalam air dilengkapi dengan palet yang berfungsi untuk menggerakkannya. Akhirnya, peranti disediakan dengan dua peraturan, satu untuk setiap jisim, yang mana variasi ketinggian mereka semasa eksperimen ditentukan.

Apabila orang ramai jatuh, mereka mengubah sokongan dan palet yang melekat padanya, menghasilkan pergolakan air yang diterjemahkan ke dalam haba dan peningkatan suhunya, akibat geseran antara palet dan air.

Melalui engkol, jumlahnya meningkat dan prosesnya diulang beberapa kali, sehingga pengeluaran variasi suhu yang cukup besar. Video berikut menunjukkan operasi eksperimen ini:

Pengiraan

Kerja mekanikal yang dilakukan apabila kedua -dua berat jatuh adalah produk kehilangan tenaga yang berpotensi:

W = n · m · g · h (kehilangan tenaga berpotensi ketika membuat massa)

Di mana n adalah masa bahawa kejatuhan massa diulang, dengan kerja mekanikal untuk menggerakkan palet, m jisimnya, g pecutan graviti, dan ketinggian yang dilalui oleh orang ramai ketika jatuh.

Boleh melayani anda: Volume Molar: Konsep dan Formula, Pengiraan dan Contoh

Haba yang dihasilkan oleh tindakan palet di atas air, akibat dari kejatuhan massa, diberikan oleh ungkapan:

Q = (m + w^') (T₂ - T₁)

Di mana apa haba yang dihasilkan, m jisim air, dengan setara dengan haba kalorimeter, dan t₂ - T₁ variasi suhu.

Setara mekanikal haba kemudian diberikan oleh hubungan:

J = w / q

Yang akan sama:

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

= 4186 J / kcal

Haba tertentu

Keupayaan haba bahan

Ia adalah jumlah tenaga yang diperlukan untuk menaikkan suhu bahan dalam 1 ºC:

C = q / Δt

Di mana c ialah kapasiti terma, q jumlah haba yang diserap, dan Δt variasi suhu.

Haba spesifik bahan

Haba spesifik adalah kapasiti kalori bahan per unit jisim:

CE = Q /M · ΔT

Di mana CE adalah haba tertentu.

Panas air tertentu (pada 15 ºC) adalah sama 4.186 J / kg · ºC. Kemudian, nilai persamaan mekanikal haba sepadan dengan nilai haba tertentu air.

Rujukan

1. Serway, r. Ke. dan Jewett, J. W. (2008). Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid I. Edisi Ketujuh. Pembelajaran Cengage Editorial.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (8th ed.). Pembelajaran Cengage.
3. Wikipedia. (2020). Mekanikal sama dengan haba. Diperoleh dari: dalam.Wikipedia.org
4. Editor enyclopaedia Britannica. (2020). James Prescott Joule. Pulih dari: Britannica.com
5. Rms. (2004). Mekanikal sama dengan haba. [Pdf]. Pulih dari: pdfs.Semanticscholar.org
6. Electrical4u. (4 Mac, 2020). Mekanikal sama dengan haba: apa itu? Diperolehi dari: Electrical4u.com