Wat is het mechanische equivalent van warmte?

Hij Mechanisch warmte -equivalent Het is de waarde van het mechanische werk dat nodig is om de temperatuur van een gram van 14 water te verhogen.5 ºC tot 15.5 ºC. Momenteel heeft dit equivalent een waarde van 4.186 Joule, die werd opgericht in 1920.

Aan het begin van de 19e eeuw werden thermodynamica en mechanica beschouwd als twee volledig onafhankelijke science -velden. Joule's verdienste was om aan te tonen dat er een verband bestaat tussen energieoverdracht voor werk en warmteoverdracht door warmte.

Door de specifieke warmte van het water kan de theekopjes voor een aanzienlijke tijd warm worden gehouden

Joule heeft ook bijgedragen aan het opstellen van de wet op het gebied van energiebesparing die de eerste wet van de thermodynamica vormt. Deze wet verwijst naar de interne energie (u) van een systeem, waarbij het aangeeft dat het bewijs ervan alleen kan worden gewijzigd door het werk en de hitte die door het systeem of op het systeem wordt uitgeoefend.

Het idee dat hitte en werk gelijkwaardig zijn, werd voorgesteld door Julius Robert von Mayer in 1842, en onafhankelijk van James Joule, in 1843. Dit was een controverse over wie de waarde van het mechanische equivalent van warmte had vastgesteld, dat in 1864 werd opgelost voor Joule.

[TOC]

Historische aspecten

Water en warmte

In 1792 publiceerde Benjamin Thompson, graaf Rumford, in filofische transactie een reeks experimentele resultaten die duidden op een relatie tussen wrijving die wordt ervaren door water- en hitte -generatie. Deze signalering veroorzaakte een verandering in bekende ideeën over warmte.

Mechanisch werk en warmte

Vervolgens hebben de experimenten van James Prescott Joule (1818-1889) over de gelijkwaardigheid van werk en hitte bijgedragen aan de oprichting van een kinetische theorie die een relatie heeft gevestigd tussen mechanisch werk en warmte.

Kan u van dienst zijn: neodymium: structuur, eigenschappen, gebruik

Dit was in strijd met de calorietheorie, die aangaf dat warmte een vloeistof was die van het ene systeem naar het andere overging, waardoor een toename van de temperatuur werd geproduceerd.

In 1840 stelde Joule vast dat de hoeveelheid warmte die in het water wordt geproduceerd door een elektrische stroom, evenredig was met de elektrische en vierkante weerstand van de elektrische stroom (intensiteit).

Later, in 1842, publiceerde Von Mayer het bestaan ​​van een relatie tussen mechanisch werk en warmte. Dezezelfde relatie werd echter onafhankelijk gepubliceerd door Joule in 1843. In datzelfde jaar publiceerde Jules zijn waarde voor het mechanische equivalent van warmte. Ondertussen deed Julius von Mayer het in 1845, hoewel werd opgemerkt dat de experimentele basis van het resultaat niet overtuigend was.

Introductie van het equivalent

In 1845 publiceerde Joule een taak getiteld "The Mechanical Equivalent of Heat", een publicatie waarbij hij een numerieke waarde presenteerde voor het equivalent van 772.24 pond Stande (4.1550 Joule · cal^-1)). Deze experimenten toonden een relatie tussen wrijving en gegenereerde warmte.

In 1920 werd de waarde van het mechanische equivalent van warmte op 4 gecorrigeerd.186 J/g water, en deze waarde vervolgens definiëren als de hoeveelheid mechanische werkzaamheden die nodig is om de temperatuur van een gram van 14 water te variëren.5 ºC tot 15.5 ºC.

In 1852 ontdekten Joule en William Thompson dat wanneer een gas zijn volume uitbreidt, zonder extern werk uit te voeren, er een daling van zijn temperatuur is. Het effect genaamd Joule-Thompson diende als basis voor de oprichting van een koelindustrie in Engeland van de negentiende eeuw.

Kan u van dienst zijn: organische verbindingen: kenmerken, classificatie, voorbeelden

Joule Experiment

Procedure

Het experiment dat Joule toestond.

De container heeft een deksel dat het inbrengen van een thermometer en een ondersteuning voor paletten mogelijk maakt die het water roeren. De ondersteuning bestaat uit een crank en een draadhaspel waarin de draden die elk van de twee massa's in het experiment binden, zijn opgenomen.

Evenzo is het deel van de steun dat in het water is ondergedompeld uitgerust met pallets die dienen om het te roeren. Ten slotte wordt het apparaat voorzien van twee regels, één voor elke massa, waarmee de variatie van hun hoogte tijdens het experiment wordt bepaald.

Wanneer de massa's vallen, draaien ze de steun en de paletten die eraan zijn bevestigd, waardoor een agitatie van het water wordt geproduceerd dat zich vertaalt in warmte en de temperatuur verhoogt, een gevolg van de wrijving tussen de paletten en het water.

Door de kruk stijgt de massa en wordt het proces meerdere keren herhaald, totdat de productie van een aanzienlijke variatie van de temperatuur. De volgende video toont de werking van dit experiment:

Berekeningen

Het mechanische werk dat wordt gedaan wanneer de twee gewichten vallen, is een product van het verlies van potentiële energie:

W = n · m · g · h (verlies van potentiële energie bij het maken van massa's)

Waar n de keren zijn dat de val van de massa wordt herhaald, w het mechanische werk om de paletten te verplaatsen, m de massa van hen, g de versnelling van de zwaartekracht, en de hoogte die door de massa wordt afgelegd bij het vallen.

Kan u dienen: Molair volume: concept en formule, berekening en voorbeelden

De warmte geproduceerd door de werking van de pallets op het water, een gevolg van de val van de massa, wordt gegeven door de uitdrukking:

Q = (m + w^') (T₂ - T₁))

Waar wat de geproduceerde warmte is, m de massa van het water, het equivalent in warmte van de calorimeter, en t₂ - T₁ temperatuurvariatie.

Het mechanische equivalent van warmte wordt vervolgens gegeven door de relatie:

J = w / q

Wat hetzelfde zal zijn:

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

= 4186 J / KCAL

Specifieke hitte

Thermische capaciteit van een stof

Het is de hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur van een stof in 1 ºC te verhogen:

C = q / Δt

Waarbij C de thermische capaciteit is, q de hoeveelheid geabsorbeerde warmte, en Δt de temperatuurvariatie.

Specifieke warmte van een stof

De specifieke warmte is de caloriecapaciteit van een stof per massa -eenheid massa:

Ce = q /m · Δt

Waarbij CE de specifieke warmte is.

De specifieke waterwarmte (bij 15 ºC) is hetzelfde 4.186 J / kg · ºC. Vervolgens komt de waarde van het warmte -equivalent van warmte overeen met de waarde van de specifieke warmte van het water.

Referenties

1. Serway, r. NAAR. en Jewett, J. W. (2008). Natuurkunde voor wetenschap en engineering. Deel I. Zevende editie. Redactioneel cengage leren.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Scheikunde. (8e ed.)). Cengage leren.
3. Wikipedia. (2020). Mechanische gelijken van warmte. Opgehaald uit: in.Wikipedia.borg
4. De redacteuren van Enyclopaedia Britannica. (2020). James Prescott Joule. Hersteld van: Britannica.com
5. Rms. (2004). Mechanische gelijken van warmte. [PDF]. Hersteld van: PDFS.Semanticscholar.borg
6. Elektrisch 4u. (4 maart 2020). Mechanische gelijken van warmte: wat is het? Opgehaald uit: Electrical4u.com