Топлина и работа Научни текстове
Връзка между топлината и работата
Ако топлината и работата са и двете форми на енергия при преминаване от някои тела или системи към други, те трябва да са свързани помежду си. Проверката на този тип взаимоотношения е една от експерименталните цели, настойчиво преследвани от английския физик Джеймс Прескот Джоул (1818-1889). Дори когато е провеждал различни експерименти в търсене на тази връзка, най-известният се състои от определяне на топлината, произведена вътре в калориметъра в резултат на триене с водата на калориметъра на система от въртящи се лопатки и впоследствие сравняването му с необходимата работа да ги премести.
Включената механична енергия се контролира в експеримента на Джоул чрез пускане на тежести, чиято първоначална потенциална енергия може лесно да бъде изчислена, така че W, като промяна в механичната енергия, тя ще бъде дадена от:
W = дEp = m · g · h
битие м масата на тежестите, з височината, от която падат и ж ускорението на гравитацията.
От своя страна топлината, отделена от разбъркване на водата, произведена от движещите се лопатки, доведе до повишаване на температурата на калориметъра и прилагането на калориметричното уравнение:
Q = m c (Tf - Ti)
позволи да се определи стойността на Въпрос: и го сравнете с този на W.
След поредица от експерименти, в които той постепенно подобрява резултатите си, той открива, че работата по системата и отделената топлина в калориметъра винаги поддържат постоянна връзка и приблизително равна на 4.2. Тоест за всеки 4,2 джаула свършена работа на калориметъра се съобщава количество топлина, равна на една калория. Тази стойност наречена механичен еквивалент на топлина днес е по-точно известен и се счита за 4 184 джаула/калории. Числовата връзка между топлината Въпрос: и работа W след това може да се напише във формата:
W (джаули) = 4.18 Въпрос:(калории)