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

tudományos
James Prescott Joule

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.

Egy másik kísérletben Joule gázt préselt egy vízbe merített palackba, és megmérte a dugattyú által a gáz összenyomásához végzett munkát. Ezután megmérte a vízbe bekerült hő mennyiségét azáltal, hogy a gázt összenyomva felmelegítette.

Valószínűleg a leghíresebb kísérletsorozat egy olyan eszközt alkalmazott, amelyben lassan csökkenő súlyok forogtak egy lapátkereket egy víztartályban. A kerék és a folyadék közötti súrlódás miatt a kerék dolgozott a folyadékon, növelve annak hőmérsékletét.

Mindezek a kísérletek, amelyeket sokszor egyre jobb berendezéssel ismételgettek, arra késztették Joule-t, hogy 1849-ben két nagyon fontos mennyiségi eredményt közöljön, amelyek a modern nyelven kifejezve:

  • A testek súrlódása által termelt hőmennyiség, legyen az szilárd vagy folyékony, mindig arányos a felhasznált energia mennyiségével.
  • Annak a hőmennyiségnek (kalóriában), amely képes 1 kg víz hőmérsékletét 1 ° C-kal megemelni, meg kell változtatni a mechanikai energiát, amelyet 4180 N (newton) tömeg 1 m esése jelent.

Joule első állítása annak bizonyítéka, hogy a hő egyfajta energia, szemben a kalória elmélettel, miszerint a hő folyadék. A második megadja a mechanikai energia és az azzal egyenértékű hőenergia közötti arány számszerű nagyságát. Ez a mechanikai energia aránya, ÉS, és az ekvivalens mennyiségű hőenergia, Q, általában hívják a hő mechanikai egyenértéke. A 20. század elején számértékét 4186 J/cal-ban állapítanák meg (joule, az energia mértéke, kalória szerint).

Mire Joule elvégezte híres kísérleteit, elfogadásra talált az a gondolat, hogy a hő az energia egyik formája. Bár Joule nem egyedül fejezte ki ezeket az ötleteket, kísérletei kulcsfontosságúak voltak konszolidációjukhoz.

A szerzőről: César Tomé López tudományos kommunikátor és a Tudatlanság feltérképezése szerkesztője