Mechanický ekvivalent tepla - Mechanical equivalent of heat

Pro další použití viz uchování energie.

V historie vědy, mechanický ekvivalent tepla tvrdí, že pohyb a teplo jsou vzájemně zaměnitelné a to v každém případě dané množství práce by generovalo stejné množství tepla za předpokladu, že se vykonaná práce zcela převede na tepelnou energii. Mechanický ekvivalent tepla byl a pojem která měla důležitou roli ve vývoji a přijímání uchování energie a založení vědy o termodynamika v 19. století.

Historie a prioritní spor

Jouleův přístroj pro měření mechanického ekvivalentu tepla, ve kterém „práce "klesající hmotnosti se převede na"teplo „míchání ve vodě.

Benjamin Thompson, Hrabě Rumford, pozoroval třecí teplo generované vrtným dělem u arzenálu v německém Mnichově kolem roku 1797. Rumford ponořil hlaveň děla do vody a připravil speciálně otupený vrtací nástroj. Ukázal, že voda mohla být vařena zhruba za dvě a půl hodiny a že dodávka třecího tepla byla zdánlivě nevyčerpatelná.

Na základě svých experimentů zveřejnil „Experimentální dotaz týkající se zdroje tepla, který je buzen třením", (1798), Filozofické transakce královské společnosti str. 102. Tato vědecká práce přinesla podstatnou výzvu pro zavedené teorie tepla a zahájila revoluci v termodynamice 19. století. Experiment inspiroval práci James Prescott Joule ve 40. letech 19. století. Jouleova přesnější měření ekvivalence byla klíčová při stanovení kinetická teorie na náklady kalorická teorie. Myšlenku, že teplo a práce jsou rovnocenné, navrhl také Julius Robert von Mayer v roce 1842 v předním německém fyzikálním časopise a samostatně James Prescott Joule v roce 1843 v předním britském fyzikálním časopise. Podobné práce prováděla Ludwig A. Chlazení v letech 1840-1843, ačkoli Coldingova práce byla mimo rodné Dánsko málo známá.

Spolupráce mezi Nicolas Clément a Sadi Carnot ve dvacátých letech 20. století mělo podobné myšlení podobné tématům.[1] V roce 1845 publikoval Joule dokument s názvem „Mechanický ekvivalent tepla", ve kterém specifikoval číselnou hodnotu pro množství mechanické práce potřebné k výrobě jednotky tepla. Zejména Joule experimentoval s množstvím mechanické práce generované třením potřebným ke zvýšení teplota a libra z voda o jeden stupeň Fahrenheita a našel konzistentní hodnotu 778,24 síla nohy nohy (4.1550 J ·CAL−1). Joule to tvrdil pohyb a teplo byly vzájemně zaměnitelné a to bylo v každém případě dané množství práce by generovalo stejné množství tepla. Von Mayer také publikoval číselnou hodnotu pro mechanický ekvivalent tepla v roce 1845, ale jeho experimentální metoda nebyla tak přesvědčivá.

Ačkoli standardizovaná hodnota 4,1860 J · cal−1 byla založena na počátku 20. století, ve 20. letech 20. století, bylo nakonec zjištěno, že konstanta je prostě měrné teplo vody, množství, které se mění s teplotou mezi hodnotami 4,17 a 4,22 J ·G−1·° C−1. Změna jednotky byla výsledkem zániku kalorie jako jednotka ve fyzice a chemii.

Jak von Mayer, tak Joule se setkali s počátečním zanedbáváním a odporem, přestože publikovali v předních evropských fyzikálních časopisech, ale do roku 1847 tomu věnovalo pozornost mnoho předních vědců té doby. Hermann Helmholtz v roce 1847 zveřejněno to, co je považováno za definitivní prohlášení uchování energie. Helmholtz se poučil z četby Jouleových publikací, ačkoli Helmholtz nakonec přišel k tomu, že Joule i von Mayerovi připsal přednost.

Také v roce 1847 přednesl Joule na každoroční schůzce dobře účastnou prezentaci Britská asociace pro rozvoj vědy. Mezi přítomnými byl William Thomson. Thomsona to zaujalo, ale zpočátku skepticky. V průběhu příštích dvou let byl Thomson stále více přesvědčen o Jouleově teorii, nakonec v roce 1851 přiznal své přesvědčení v tisku a současně připočítal von Mayera. Thomson spolupracoval s Joulem, zejména korespondencí, Joule prováděním experimentů, Thomson analyzováním výsledků a navrhováním dalších experimentů. Spolupráce trvala od roku 1852 do roku 1856. Její publikované výsledky přispěly k obecnému přijetí Jouleho díla a kinetická teorie.

V roce 1848 však von Mayer poprvé uviděl Jouleovy papíry a napsal do francouzština Académie des Sciences uplatnit prioritu. Jeho dopis byl zveřejněn v Comptes Rendus a Joule rychle zareagoval. Thomsonův blízký vztah s Joulem mu umožnil zatáhnout do diskuse. Dvojice plánovala, že Joule připustí von Mayerovu prioritu pro myšlenku mechanického ekvivalentu, ale tvrdí, že experimentální ověření spočívalo na Joule. Thomsonovi spolupracovníci, spolupracovníci a příbuzní jako např William John Macquorn Rankine, James Thomson, James Clerk Maxwell, a Peter Guthrie Tait připojil se k věci Jouleho šampiona.

V roce 1862 však John Tyndall, v jedné ze svých mnoha exkurzí do populární věda a mnoho veřejných sporů s Thomsonem a jeho kruhem, přednášel na konferenci Královská instituce nárok Na Síle[1] ve kterém připočítal von Mayera k početí a měření mechanického ekvivalentu tepla. Thomson a Tait byli rozzlobeni a na stránkách úřadu došlo k nedůstojné veřejné výměně korespondence Filozofický časopis a spíše populární Dobrá slova. Tait se dokonce uchýlil k šampionátu Nachlazení ve snaze podkopat von Mayera.

Ačkoli Tyndall znovu přitlačil příčinu von Mayera Teplo: Režim pohybu (1863) s vydáním Sir Henry Enfield Roscoe je Edinburgh Recenze článek Termodynamika v lednu 1864 byla Jouleova pověst zpečetěna, zatímco pověst von Mayera vstoupila do období neznáma.

Poznámky

  1. ^ Používání termínů jako např práce, platnost, energie, Napájení, atd. v 18. a 19. století vědeckými pracovníky nemusí nutně odrážet standardizované moderní využití.

Reference

  1. ^ Lervig, P. Sadi Carnot a parní stroj: přednášky Nicolasa Clémenta o průmyslové chemii, 1823-28. Br. J Hist. Sci. 18 :: 147, 1985.

Další čtení

  • Foucault, L. (1854) „Ekvivalentní metaknique de la chaleur. M. Mayer, M. Joule. Chaleur spécifique des gaz sous objemová konstanta. M. Victor Regnault ”, Journal des débats politiques et littéraires, Čtvrtek 8. června
  • Lloyd, J.T. (1970). „Pozadí diskuse o Joule-Mayer“. Poznámky a záznamy Královské společnosti. 25 (2): 211–225. doi:10.1098 / rsnr.1970.0030.
  • Sharlin, H.I. (1979). Lord Kelvin: Dynamický viktoriánský. Pennsylvania State University Press. ISBN  0-271-00203-4., str. 154–5
  • Smith, C. (1998). Věda o energii: Kulturní historie energetické fyziky ve viktoriánské Británii. Chicago University Press. ISBN  0-226-76421-4.
  • Smith, C. (2004) „Joule, James Prescott (1818-1889)“, Oxfordský slovník národní biografie, Oxford University Press, <http://www.oxforddnb.com/view/article/15139, zpřístupněno 27. července 2005> (je vyžadováno předplatné)
  • Zemansky, M.W. (1968) Teplo a termodynamika: přechodná učebniceMcGraw-Hill, str. 86–87

externí odkazy