Експеримент на Джоул
Статистическа и термодинамична физика
В експеримента с Джоул се определя механичният еквивалент на топлина, тоест връзката между енергийната джаул (джаул) и единицата топлинна калория.
Чрез това симулирано преживяване целта е да се покаже голямото количество енергия, което е необходимо за трансформиране в топлина, за да се повиши значително температурата на малък обем вода.
Описание.
Топлоизолиран контейнер съдържа определено количество вода, с термометър за измерване на неговата температура, вал с лопатки, които се задвижват от действието на тежест, както е показано на фигурата.
Оригиналната версия на експеримента се състои от две равни тежести, които висят симетрично от шахтата.
Тежестта, която се движи с практически постоянна скорост, губи потенциална енергия. В резултат на това водата, разбъркана от лопатките, става гореща поради триене.
Ако тестото блок М спускане на височина з, потенциалната енергия намалява с Mgh, и това е енергията, използвана за нагряване на водата (други загуби се пренебрегват).
Джоул установи, че намаляването на потенциалната енергия е пропорционално на повишаването на температурата на водата. Константата на пропорционалност (специфичната топлина на водата) е равна на 4,186 J/(g єC). Следователно 4 186 J механична енергия повишава температурата на 1 g вода с 1 ° C. Калорията се определя като 4 186 J, без да се посочва веществото, което се нагрява.
При симулацията на експеримента с Джоул се пренебрегват водният еквивалент на калориметъра, термометъра, шахтата и лопатките, енергийните загуби през изолационните стени на контейнера с калориметър и други загуби поради триене върху ролките.