Chémia

Aký je mechanický ekvivalent tepla?

Aký je mechanický ekvivalent tepla?

On Mechanický tepelný ekvivalent Je to hodnota mechanickej práce potrebnej na zvýšenie teploty gramu 14 vody.5 ° C až 15.5 ° C. V súčasnosti má tento ekvivalent hodnotu 4 186 Joule, ktorý bol založený v roku 1920.

Na začiatku 19. storočia boli termodynamika a mechanika považované za dve úplne nezávislé vedecké oblasti. Jouleova zásluha mala preukázať, že existuje spojenie medzi prenosom energie na prácu a prenosom tepla tepla.

Špecifické teplo vody umožňuje, aby sa čajové šálky udržiavali horúce po dlhú dobu

Joule tiež prispel k ustanoveniu zákona o ochrane energie, ktorý predstavuje prvý zákon termodynamiky. Tento zákon sa týka vnútornej energie (U) systému, kde naznačuje, že jeho dôkaz sa dá zmeniť iba prácou a teplom vykonávaným systémom alebo v systéme.

Myšlienku, že horúčava a práca sú rovnocenné, navrhol Julius Robert von Mayer v roku 1842 a nezávisle James Joule v roku 1843. To vzniklo v kontroverzii o tom, kto stanovil hodnotu mechanického ekvivalentu tepla, ktorý bol vyriešený v prospech Joula v roku 1864.

[TOC]

Historické aspekty

Voda

V roku 1792 Benjamin Thompson, gróf Rumford, publikoval vo filofickej transakcii súbor experimentálnych výsledkov, ktorý naznačoval vzťah medzi trením, ktoré zažíva tvorba vody a tepla. Táto signalizácia priniesla zmenu známych nápadov o horúčave.

Mechanická práca a teplo

Následne experimenty Jamesa Prescotta Jouleho (1818-1889) o rovnocennosti práce a tepla prispeli k vytvoreniu kinetickej teórie, ktorá nadviazala vzťah medzi mechanickou prácou a tepelným.

Môže vám slúžiť: Neodymium: Štruktúra, vlastnosti, použitie

Toto je v rozpore s kalorickou teóriou, ktorá naznačuje, že teplo bolo tekutinou, ktorá prešla z jedného systému na druhý, čím sa zvýšila teplota.

V roku 1840 Joule zistil, že množstvo tepla vyrobeného vo vode elektrickým prúdom bolo úmerné elektrickému a štvorcovému odporu elektrického prúdu (intenzita).

Neskôr, v roku 1842 Von Mayer publikoval existenciu vzťahu medzi mechanickou prácou a teplom. Rovnaký vzťah však Joule uverejnil nezávisle v roku 1843. V tom istom roku Jules publikoval svoju hodnotu pre mechanický ekvivalent tepla. Medzitým to urobil Julius von Mayer v roku 1845, hoci sa zdôraznilo, že experimentálny základ jeho výsledku nebol presvedčivý.

Zavedenie ekvivalentu

V roku 1845 Joule uverejnil prácu s názvom „Mechanický ekvivalent tepla“, publikácia, v ktorej predstavil numerickú hodnotu pre ekvivalent 772.24 libier stánok (4.1550 joule · cal-1). Tieto experimenty ukázali vzťah medzi trením a generovaným teplom.

V roku 1920 bola opravená hodnota mechanického ekvivalentu tepla pri 4.186 J/g vody, potom definovať túto hodnotu ako množstvo mechanickej práce potrebnej na zmenu teploty gramu 14 vody.5 ° C až 15.5 ° C.

V roku 1852 Joule a William Thompson zistili, že keď plyn rozširuje svoj objem, bez vykonávania externej práce, dochádza k zníženiu jeho teploty. Účinok nazývaný Joule-Thompson slúžil ako základ pre založenie chladiaceho priemyslu v Anglicku 19. storočia.

Môže vám slúžiť: Organické zlúčeniny: Charakteristiky, klasifikácia, príklady

Experiment Joule

Postup

Experiment, ktorý umožnil Joule.

Kontajner má veko, ktoré umožňuje vloženie teplomeru a podporu palety, ktoré miešajú vodu. Podpora pozostáva z kľuky a vlákna, do ktorého sú začlenené vlákna, ktoré zviazali každú z dvoch hmôt použitých v experimente.

Podobne je časť podpory, ktorá je ponorená do vody. Nakoniec je zariadenie vybavené dvoma pravidlami, jeden pre každú hmotnosť, s ktorou sa stanoví variácia ich výšky počas experimentu.

Keď masy padajú, otočia podporu a palety k nemu pripevnené a vytvárajú rozmazanie vody, ktorá sa prekladá do tepla a zvyšuje jej teplotu, čo je dôsledkom trenia medzi palietmi a vodou.

Cez kľuku rastie hmoty a proces sa opakuje niekoľkokrát, až kým sa vytvorí značná zmena teploty. Nasledujúce video ukazuje prevádzku tohto experimentu:

Výpočty

Mechanická práca vykonaná pri poklese týchto dvoch váh je produktom straty potenciálnej energie:

W = n · m · g · h (strata potenciálnej energie pri výrobe mas)

Kde n sú časy, keď sa opakuje pokles hmôt, mechanická práca na pohybe paliet, ich masami, g gravitácii a výškou prešla masami pri páde pri páde.

Môže vám slúžiť: molárny objem: koncept a vzorec, výpočet a príklady

Teplo produkované pôsobením paliet na vodu, čo je dôsledkom pádu mas, je dané výrazom:

Q = (m + w') (T2 - Tón1)

Kde aké sa vyprodukuje teplo, hmotnosť vody, ekvivalent v teple kalorimetra a t2 - Tón1 teplota.

Mechanický ekvivalent tepla je potom daný vzťahom:

J = w / q

Čo bude rovnaké:

J = n · m · g · h / [(m + w ') · (t2 - Tón1)]

= 4186 j / kcal

Špecifické teplo

Tepelná kapacita látky

Je to množstvo energie potrebné na zvýšenie teploty látky v 1 ° C:

C = q / Δt

Kde C je tepelná kapacita, q Množstvo absorbovaného tepla a Δt variácia teploty.

Špecifické teplo látky

Špecifické teplo je kalorická kapacita látky na jednotku hmotnosti:

CE = q /m · Δt

Kde CE je špecifické teplo.

Špecifické teplo vody (pri 15 ° C) je rovnaké 4.186 j / kg · ° C. Potom hodnota mechanického ekvivalentu tepla zodpovedá hodnote špecifického tepla vody.

Odkazy

  1. Serway, r. Do. a Jewett, J. W. (2008). Fyzika pre vedu a inžinierstvo. Zväzok I. Siedme vydanie. Redakčné učenie sa.
  2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie.). Učenie sa.
  3. Wikipedia. (2020). Mechanické rovnosti tepla. Zdroj: In.Wikipedia.orgán
  4. Redaktori Enyclopaedia Britannica. (2020). James Prescott Joule. Získané z: Britannica.com
  5. Rms. (2004). Mechanické rovnosti tepla. [PDF]. Obnovené z: PDFS.Sémanticscholar.orgán
  6. Elektrické4u. (4. marca 2020). Mechanické rovnosti tepla: čo je to? Zdroj: Electrical4u.com