Vad är den mekaniska motsvarigheten till värme?

han Mekanisk värmeekvivalent Det är värdet på det mekaniska arbete som krävs för att öka temperaturen på ett gram 14 vatten.5 ºC till 15.5 ºC. För närvarande har denna motsvarande ett värde av 4 186 Joule, som grundades 1920.

I början av 1800 -talet betraktades termodynamik och mekanik som två helt oberoende vetenskapsområden. Joules meriter var att visa att det finns en koppling mellan energiöverföring för arbete och värmeöverföring med värme.

Det specifika värmen i vattnet gör att tekopparna kan hållas varma under en betydande tid

Joule bidrog också till att inrätta lagen om energibesparing som utgör den första termodynamiklagen. Denna lag hänvisar till den inre energin (U) i ett system, där det indikerar att dess bevis endast kan ändras av arbetet och värmen som utövas av systemet eller på systemet.

Idén att värme och arbete är likvärdiga föreslogs av Julius Robert von Mayer 1842 och oberoende av James Joule 1843. Detta har sitt ursprung en kontrovers om vem som hade fastställt värdet av den mekaniska motsvarigheten till värme, som löstes till förmån för Joule 1864.

[TOC]

Historiska aspekter

Vatten och värme

1792 publicerade Benjamin Thompson, greve Rumford, i filofisk transaktion en uppsättning experimentella resultat som indikerade ett samband mellan friktion som upplevs av vatten och värmeproduktion. Denna signalering gav en förändring av kända idéer om värme.

Mekaniskt arbete och värme

Därefter bidrog James Prescott Joules experiment (1818-1889) om ekvivalensen mellan arbete och värme, till upprättandet av en kinetisk teori som skapade en relation mellan mekaniskt arbete och värme.

Kan tjäna dig: Neodymium: Struktur, egenskaper, användningar

Denna stredade kaloristeori, som indikerade att värme var en vätska som överfördes från ett system till ett annat, vilket gav en temperaturökning.

1840 konstaterade Joule att mängden värme som producerades i vattnet med en elektrisk ström var proportionell mot den elektriska och kvadratiska motståndet hos den elektriska strömmen (intensitet).

Senare, 1842, publicerade von Mayer förekomsten av ett förhållande mellan mekaniskt arbete och värme. Samma förhållande publicerades emellertid oberoende av Joule 1843. Samma år publicerade Jules sitt värde för den mekaniska motsvarande värme. Samtidigt gjorde Julius Von Mayer det 1845, även om det påpekades att den experimentella grunden för dess resultat inte var övertygande.

Introduktion av motsvarande

1845 publicerade Joule ett jobb med titeln "The Mechanical Equivalent of Heat", en publikation där han presenterade ett numeriskt värde för motsvarande 772.24 kilo Stale (4.1550 Joule · Cal^-1). Dessa experiment visade ett samband mellan friktion och värme genererad.

1920 korrigerades värdet på den mekaniska motsvarande värme vid 4.186 j/g vatten och definierar sedan detta värde som mängden mekaniskt arbete som krävs för att variera temperaturen på ett gram 14 vatten.5 ºC till 15.5 ºC.

1852 upptäckte Joule och William Thompson att när en gas utvidgar sin volym, utan att utföra externt arbete, finns det en minskning av temperaturen. Effekten som kallas Joule-Thompson tjänade som grund för upprättandet av en kylindustri i 1800-talet England.

Kan tjäna dig: Organiska föreningar: Egenskaper, klassificering, exempel

Joule experiment

Procedur

Experimentet som tillät Joule.

Behållaren har ett lock som tillåter införandet av en termometer och ett stöd för paletter som rör om vattnet. Stödet består av en vev och en trådrulle där trådarna som band var och en av de två massorna som används i experimentet är införlivade.

På samma sätt är den del av stödet som är nedsänkt i vattnet utrustad med pallar som tjänar till att röra om det. Slutligen är enheten försedd med två regler, en för varje massa, med vilken variationen i deras höjd under experimentet bestäms.

När massorna faller vänder de stödet och paletterna fäst vid det och producerar en omrörning av vattnet som översätter till värme och ökning av dess temperatur, en följd av friktionen mellan paletterna och vattnet.

Genom veven stiger massorna och processen upprepas flera gånger, tills produktionen av en märkbar variation av temperaturen. Följande video visar funktionen av detta experiment:

Beräkningar

Det mekaniska arbetet som görs när de två vikterna faller är en produkt av förlust av potentiell energi:

W = n · m · g · h (förlust av potentiell energi när man gör massor)

Där n är de tider som massans fall upprepas, med det mekaniska arbetet för att flytta paletterna, m massorna av dem, g tyngdkraften och h den höjd som massorna reste när man faller.

Kan tjäna dig: molvolym: koncept och formel, beräkning och exempel

Värmen som produceras av pallets verkan på vattnet, en följd av massans fall, ges av uttrycket:

Q = (m + w^') (T₂ - T₁)

Där vad är värmen som produceras, m massan på vattnet, w 'motsvarande i värmen i kalorimetern och t₂ - T₁ temperaturvariation.

Den mekaniska motsvarigheten till värme ges sedan av förhållandet:

J = w / q

Vilket kommer att vara detsamma:

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

= 4186 j / kcal

Specifik värme

Ämnets termiska kapacitet

Det är den mängd energi som krävs för att höja temperaturen på ett ämne i 1 ºC:

C = Q / ΔT

Där c är den termiska kapaciteten, q mängden värme absorberas och Δt temperaturvariationen.

Särskilt ämne

Den specifika värmen är kaloriförmågan hos ett ämne per massenhet:

Ce = q /m · Δt

Där CE är den specifika värmen.

Den specifika vattenvärmen (vid 15 ° C) är samma 4.186 J / kg · ºC. Sedan motsvarar värdet på den mekaniska motsvarigheten till värmen värdet på den specifika värmen i vattnet.

Referenser

1. Serway, R. TILL. och Jewett, J. W. (2008). Fysik för vetenskap och teknik. Volym I. Sjunde upplagan. Redaktionell cengage -lärande.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan.). Cengage Learning.
3. Wikipedia. (2020). Mekanisk värme är lika med värme. Hämtad från: i.Wikipedia.org
4. Redaktörerna för Enyclopaedia Britannica. (2020). James Prescott Joule. Återhämtat sig från: Britannica.com
5. Rms. (2004). Mekanisk värme är lika med värme. [Pdf]. Återhämtat sig från: pdfs.Semantikscholär.org
6. Elektrisk4u. (4 mars 2020). Mekanisk värme är lika: vad är det?? Hämtad från: Electrical4U.com