Механический эквивалент тепла - Mechanical equivalent of heat

Для использования в других целях см. сохранение энергии.

в история науки, то механический эквивалент тепла утверждает, что движение и высокая температура взаимозаменяемы, и в каждом случае определенное количество работай будет производить такое же количество тепла, если выполняемая работа полностью преобразуется в тепловую энергию. Механический эквивалент тепла был концепция это сыграло важную роль в разработке и принятии сохранение энергии и создание науки о термодинамика в 19 ​​веке.

История и приоритетный спор

Аппарат Джоуля для измерения механического эквивалента тепла, в котором "работай "падающего веса преобразуется в"высокая температура "волнения в воде.

Бенджамин Томпсон Граф Рамфорд наблюдал тепло трения, создаваемое расточной пушкой на арсенале в Мюнхене, Германия, примерно в 1797 году. Румфорд погрузил пушечный ствол в воду и приспособил для него специально затупленный расточный инструмент. Он показал, что воду можно вскипятить примерно за два с половиной часа и что запас тепла от трения, по-видимому, неисчерпаем.

На основе своих экспериментов он опубликовал "Экспериментальное исследование источника тепла, возбуждаемого трением", (1798), Философские труды Королевского общества п. 102. Эта научная статья бросила серьезный вызов устоявшимся теориям тепла и положила начало революции в термодинамике XIX века. Эксперимент вдохновил на работу Джеймс Прескотт Джоуль в 1840-х гг. Более точные измерения эквивалентности Джоуля сыграли решающую роль в установлении кинетическая теория за счет теория калорий. Идея эквивалентности тепла и работы была также предложена Юлиус Роберт фон Майер в 1842 г. в ведущем немецком физическом журнале и независимо Джеймсом Прескоттом Джоулем в 1843 г. в ведущем британском физическом журнале. Аналогичную работу провели Людвиг А. Колдинг в 1840-1843 годах, хотя работы Колдинга были мало известны за пределами его родной Дании.

Сотрудничество между Николя Клеман и Сади Карно в 1820-х годах мыслили примерно в том же духе.[1] В 1845 году Джоуль опубликовал статью под названием «Механический эквивалент тепла", в котором он указал числовое значение количества механической работы, необходимой для производства единицы тепла. В частности, Джоуль экспериментировал с количеством механической работы, создаваемой трением, необходимой для повышения температура из фунт из воды на одну степень Фаренгейт и нашел согласованное значение 778,24 фут фунт сила (4.1550 J ·кал−1). Джоуль утверждал, что движение и высокая температура взаимозаменяемы, и что в каждом случае определенное количество работай будет генерировать такое же количество тепла. Фон Майер также опубликовал числовое значение механического эквивалента тепла в 1845 году, но его экспериментальный метод не был столь убедительным.

Хотя стандартное значение 4,1860 Дж · кал.−1 была основана в начале 20 века, в 1920-х годах было окончательно осознано, что константа - это просто удельная теплоемкость воды, количество, которое изменяется в зависимости от температуры от 4,17 до 4,22 Дж ·грамм−1·° C−1. Изменение единицы было результатом упадка калория как единица в физике и химии.

И фон Майер, и Джоуль столкнулись с первоначальным пренебрежением и сопротивлением, несмотря на публикации в ведущих европейских физических журналах, но к 1847 году многие ведущие ученые того времени обратили на это внимание. Герман Гельмгольц в 1847 г. опубликовал то, что считается окончательной декларацией сохранение энергии. Гельмгольц извлек уроки из публикаций Джоуля, хотя Гельмгольц в конце концов решил отдать приоритет Джоуля и фон Майеру.

Также в 1847 году Джоуль выступил с многолюдной презентацией на ежегодном собрании Британская ассоциация развития науки. Среди присутствующих был Уильям Томсон. Томсон был заинтригован, но поначалу настроен скептически. В течение следующих двух лет Томсон становился все более и более убежденным в теории Джоуля, наконец, признав свое убеждение в печати в 1851 году, одновременно ссылаясь на фон Майера. Томсон сотрудничал с Джоулем, в основном, по переписке, Джоуль проводил эксперименты, Томсон анализировал результаты и предлагал дальнейшие эксперименты. Сотрудничество продолжалось с 1852 по 1856 год. Опубликованные результаты во многом способствовали всеобщему признанию работы Джоуля и кинетическая теория.

Однако в 1848 году фон Майер впервые увидел бумаги Джоуля и написал Французский Академия наук утверждать приоритет. Его письмо было опубликовано в Comptes Rendus и Джоуль быстро отреагировал. Близкие отношения Томсона с Джоулем позволили ему оказаться втянутым в полемику. Пара планировала, что Джоуль признает приоритет фон Майера в отношении идеи механического эквивалента, но заявит, что экспериментальная проверка зависит от Джоуля. Партнеры, коллеги и родственники Томсона, такие как Уильям Джон Маккорн Рэнкин, Джеймс Томсон, Джеймс Клерк Максвелл, и Питер Гатри Тейт присоединился к делу защитника Джоуля.

Однако в 1862 г. Джон Тиндалл, в одной из его многочисленных экскурсий в научно-популярный и многие публичные споры с Томсоном и его окружением, прочитал лекцию в Королевский институт озаглавленный В силе[1] в котором он приписал фон Майеру создание и измерение механического эквивалента тепла. Томсон и Тейт были возмущены, и на страницах журнала произошел недостойный публичный обмен корреспонденцией. Философский журнал, и более популярный Хорошие слова. Тейт даже прибег к отстаиванию Колдинга причиной в попытке подорвать фон Майера.

Хотя Тиндаль снова настаивал на правоте фон Майера. Тепло: режим движения (1863) с публикацией сэра Генри Энфилд Роско с Эдинбург Обзор статья Термодинамика в январе 1864 года репутация Джоуля была запечатана, а репутация фон Майера вошла в период безвестности.

Примечания

  1. ^ Использование таких терминов, как работай, сила, энергия, мощность, и Т. Д. в 18-19 веках научными работниками не обязательно отражает стандартизированное современное использование.

Рекомендации

  1. ^ Лервиг, П. Сади Карно и паровая машина: лекции Николя Клемана по промышленной химии, 1823–28. Br. J Hist. Sci. 18 :: 147, 1985.

дальнейшее чтение

  • Фуко, Л. (1854) «Equivalent mécanique de la chaleur. М. Майер, М. Джоуль. Chaleur spécifique des gaz sous volume constant. М. Виктор Реньо », Journal des débats politiques et littéraires, Четверг, 8 июня
  • Ллойд, Дж. (1970). «Предыстория спора Джоуля-Майера». Примечания и отчеты Королевского общества. 25 (2): 211–225. Дои:10.1098 / рснр.1970.0030.
  • Шарлин, Х. (1979). Лорд Кельвин: динамичный викторианский стиль. Издательство Пенсильванского государственного университета. ISBN  0-271-00203-4. , pp. 154–5
  • Смит, К. (1998). Наука об энергии: Культурная история физики энергетики в викторианской Британии. Издательство Чикагского университета. ISBN  0-226-76421-4.
  • Смит, К. (2004) "Джоуль, Джеймс Прескотт (1818-1889)", Оксфордский национальный биографический словарь, Oxford University Press, <http://www.oxforddnb.com/view/article/15139, по состоянию на 27 июля 2005 г.> (требуется подписка)
  • Земанский, М.В. (1968) Тепло и термодинамика: учебник для среднего уровня, МакГроу-Хилл, pp. 86–87

внешняя ссылка

  • СМИ, связанные с Механический эквивалент тепла в Wikimedia Commons