Mikä on lämmön mekaaninen vastine?

Hän Mekaaninen lämmönekvivalentti Se on mekaanisen työn arvo, joka tarvitaan 14 veden gramman lämpötilan nostamiseksi.5 ºC - 15.5 ºC. Tällä hetkellä tämän vastaavan arvo on 4 186 Joulea, joka perustettiin vuonna 1920.

1800 -luvun alussa termodynamiikkaa ja mekaniikkaa pidettiin kahtena täysin riippumattomana tieteellisenä kentällä. Joulen ansioiden tarkoituksena oli osoittaa, että työn energiansiirron ja lämmönsiirron välillä on yhteys lämmön avulla.

Veden erityinen lämpö mahdollistaa teekuppien pitämisen kuumana huomattavan ajan

Joule auttoi myös energiansäästölain laatimiseen, joka muodostaa ensimmäisen termodynamiikan lain. Tämä laki viittaa järjestelmän sisäiseen energiaan (U), jossa se osoittaa, että sen todisteet voivat muuttaa vain järjestelmän tai järjestelmän käyttämä työ ja lämpö.

Ajatus siitä, että lämpö ja työ ovat vastaavia, ehdotti Julius Robert von Mayer vuonna 1842 ja James Joule itsenäisesti vuonna 1843. Tämä sai alkunsa kiistaan ​​siitä, kuka oli luvannut lämpöä vastineen arvon, joka ratkaistiin Joulen hyväksi vuonna 1864.

[TOC]

Historialliset näkökohdat

Vettä

Vuonna 1792 Benjamin Thompson, kreivi Rumford, julkaistiin filofisessa kaupassa joukko kokeellisia tuloksia, jotka osoittivat veden ja lämmöntuotannon kokeneen kitkan välisen suhteen. Tämä signalointi aiheutti muutoksen tunnettujen ideoiden lämpötilassa.

Mekaaninen työ ja lämpö

Myöhemmin James Prescott Joulen kokeet (1818-1889) työn ja lämmön vastaavuudesta auttoivat kineettisen teorian perustamiseen, joka muodosti suhteen mekaanisen työn ja lämmön välillä.

Voi palvella sinua: neodyymi: rakenne, ominaisuudet, käytöt

Tämä rikkoutunut kaloriteoria, joka osoitti, että lämpö oli neste, joka kulki järjestelmästä toiseen, aiheuttaen lämpötilan nousua.

Vuonna 1840 Joule totesi, että sähkövirran vedessä tuotetun lämmön määrä oli verrannollinen sähkövirran (intensiteetin) sähköiseen ja neliömäiseen vastustuskykyyn (intensiteetti).

Myöhemmin Von Mayer julkaisi vuonna 1842 mekaanisen työn ja lämmön välisen suhteen olemassaolon. Joule julkaisi kuitenkin saman suhteen itsenäisesti vuonna 1843. Samana vuonna Jules julkaisi arvonsa lämmön mekaaniselle vastineelle. Samaan aikaan Julius von Mayer teki sen vuonna 1845, vaikka todettiin, että sen tuloksen kokeellinen perusta ei ollut vakuuttava.

Vastaavan käyttöönotto

Vuonna 1845 Joule julkaisi työpaikan, jonka otsikko on "Lämmön mekaaninen vastine", julkaisun, jossa hän esitteli numeerisen arvon vastaavalle 772.24 kiloa stande (4.1550 Joule · cal^-1-A. Nämä kokeet osoittivat kitkan ja muodostettujen lämmön välisen suhteen.

Vuonna 1920 lämpötilan mekaanisen ekvivalentin arvo 4: ssä korjattiin.186 J/g vettä, määrittelee sitten tämän arvon mekaanisen työn määrän, joka tarvitaan 14 veden gramman lämpötilan vaihtamiseksi.5 ºC - 15.5 ºC.

Vuonna 1852 Joule ja William Thompson havaitsivat, että kun kaasu laajentaa sen tilavuutta, suorittamatta ulkoista työtä, lämpötila laskee. Joule-Thompson-niminen vaikutus oli perusta jäähdytysteollisuuden perustamiselle 1800-luvun Englannissa.

Voi palvella sinua: Orgaaniset yhdisteet: Ominaisuudet, luokittelu, esimerkit

Joule -kokeilu

Menettely

Koe, joka salli Joulen.

Astiassa on kansi, joka mahdollistaa lämpömittarin asettamisen ja palettien tuen, jotka sekoittavat vettä. Tuki koostuu kampista ja lankakelasta, johon kokeessa käytettyä massaa sidottuja lankoja sisällytetään.

Samoin veteen upotettu tuen osa on varustettu kuormalavoilla, jotka sekoittavat sitä. Lopuksi laitteelle annetaan kaksi sääntö.

Kun massat putoavat, ne kääntävät tuen ja siihen kiinnitetyt paleett, mikä tuottaa veden levottomuutta, joka kääntyy lämpöä ja nousee sen lämpötilassa, mikä johtuu palettien ja veden välisestä kitkasta.

Kammen kautta massat nousevat ja prosessi toistetaan useita kertoja, kunnes lämpötilan huomattava vaihtelu. Seuraava video näyttää tämän kokeen toiminnan:

Laskelmat

Mekaaninen työ, joka tehdään, kun kaksi painoa laskee, on potentiaalienergian menetyksen tuote:

W = n · m · g · h (potentiaalienergian menetys massat tehdessään)

Missä n on aikoja, jolloin massojen kaatuminen toistuu, wekaaninen työ palettien siirtämiseksi, niiden massot, g painopisteen kiihtyvyys ja h massat kulkevat korkeuden putoamisen aikana.

Voi palvella sinua: molaarinen tilavuus: käsite ja kaava, laskenta ja esimerkit

Lavojen vaikutuksella vedessä olevien kuormalajien vaikutuksen tuottama lämpö, ​​massojen kaatumisen seuraus, annetaan lausekkeella:

Q = (m + w^') (T₂ - T₁-A

Missä tuotettu lämpö on veden massa, vastaava kalorimetrin lämpöä ja t₂ - T₁ lämpötilan vaihtelu.

Lämmön mekaaninen vastine antaa sitten suhteella:

J = w / q

Joka on sama:

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

= 4186 j / kcal

Erityinen lämpö

Aineen lämpökapasiteetti

Aineen lämpötilan nostamiseksi on tarpeen energian määrä 1 ºC: ssa:

C = q / ΔT

Missä C on lämpökapasiteetti, q imeytyneen lämmön määrä ja Δt lämpötilan vaihtelua.

Aineen spesifinen lämpö

Erityinen lämpö on aineen kalorikapasiteetti massayksikköä kohti:

CE = q /m · Δt

Missä CE on erityinen lämpö.

Veden ominaislämpö (15 ºC: lla) on sama 4.186 J / kg · ºC. Sitten lämmön mekaanisen ekvivalentin arvo vastaa veden spesifisen lämmön arvoa.

Viitteet

1. Serway, R. -Lla. ja Jewett, J. W -. (2008). Fysiikka tieteen ja tekniikan fysiikka. Osa. Seitsemäs painos. Toimituksellinen cengage -oppiminen.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemia. (8. ed.-A. Cengage -oppiminen.
3. Wikipedia. (2020). Mekaaniset yhtäläiset lämpötilat. Haettu: vuonna.Wikipedia.org
4. Enyclopaedia Britannica -toimittajat. (2020). James Prescott Joule. Toipunut: Britannica.com
5. Rms. (2004). Mekaaniset yhtäläiset lämpötilat. [PDF]. Palautettu: pdfs.Semanticscholar.org
6. Sähköinen4u. (4. maaliskuuta 2020). Mekaaniset lämpötilat: mikä se on? Haettu osoitteesta: Electrical4U.com