Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Механі́чний еквівале́нт теплоти́ (англ. Mechanical equivalent of heat) — кількість роботи в механічних одиницях (кілограм-сила-метрах або джоулях), що є еквівалентною одиниці тепла (в калоріях); дорівнює 0,4269 кгс·м/кал або 4,18 Дж/кал. Величина механічного еквівалента теплоти є оберненою величиною до теплового еквівалента роботи.
Експериментальне визначення механічного еквівалента теплоти відіграло вирішальну роль у встановленні і підтвердженні закону збереження і перетворення енергії.
В Міжнародній системі одиниць (SI), де прийнято єдину одиницю вимірювання роботи і тепла — джоуль, необхідність користуватися поняттям механічного еквіваленту теплоти відпала.
Історична довідка
Ще з часів античності існували дві теорії природи теплоти. Згідно з однією з них, теплота — це речовина (що характеризується такими поняттями, як флюїд, субстанція, флогістон чи теплець); згідно з другою, теплота — це характеристика стану тіла. Думку про те, що теплота — це речовина, яка не породжується і не знищується, а тільки перерозподіляється між тілами, висловив ще у 1613 році Галілей. Хоча процеси обміну тіл теплом інтуїтивно зрозумілі, фізичну природу цих явищ збагнути було досить нелегко. Багато хто ототожнював вогонь з теплотою, інші ж вважали вогонь лише джерелом теплоти, а теплоту — якимось станом тіл.
Лише під кінець XIX сторіччя виробилося розуміння того, що тепло зумовлене хаотичним рухом атомів і молекул. До того вважалося, що обмін теплом між тілами викликаний перетіканням від одного тіла до іншого певної невловимої речовини. В XVII столітті запропонував теорію флогістону, за допомогою якої намагався пояснити горіння. Після відкриття кисню Антуан Лавуазьє запропонував свою власну калоричну теорію, в якій тепло визначалося, як певна невагома речовина теплець, що перетікає між тілами.
Німецький фізик Герман Гельмгольц першим висунув гіпотезу про те, що внутрішню причину взаємного перетворювання теплоти в роботу можна знайти (яким чином — він не вказав), звівши теплові явища до механічних, тобто до явищ руху. Шлях, яким це можна зробити, був знайдений у 1856 р. німецькими фізиками (1822—1879), а роком пізніше — Рудольфом Клаузіусом (1822—1888).
Основне положення кінетичної теорії було сформульоване у 1738 році ще швейцарським вченим Даніелем Бернуллі (1700—1782) у розділі X «Гідродинаміки» (лат. «Hydrodynamica, sive de Viribus et Motibus Fluidorum commentarii. Opus Academicum…»). Згідно з Бернуллі, теплота — це зовнішній прояв коливального руху молекул. На основі цієї гіпотези Даніель Бернуллі тлумачив тиск газу як результат дії його молекул на стінки посудини внаслідок зіткнень. Ця теорія повторно висувалася багато разів і після Бернуллі.
Проте уявлення цих вчених носили виключно якісний характер, зокрема тому, що для поглибленого кількісного вивчення потрібна була надійніша теорія атомної будови речовини. До середини XIX сторіччя атомістика зробила такий крок вперед, що фізики вже могли з довірою її використовувати, і вона почала зближатись з механічною теорією теплоти в єдину кінетичну теорію газів. Основоположником механічної теорії теплоти був Рудольф Клаузіус, який розпочав у 1850 р. свої класичні дослідження принципу еквівалентності теплоти і роботи, а також закону збереження енергії.
Вирішальну роль у встановленні цих взаємозв'язків історія відводить Роберту Маєру, Джеймсу Джоулю і Герману Гельмгольцу.
Р. Маєр чітко сформулював закон збереження енергії і теоретично розрахував чисельне значення механічного еквіваленту теплоти. За його уявленнями, рух, теплота, електрика — якісно різні форми «сил» (як тоді називали енергію). Ідеї Маєра мали настільки узагальнюючий і універсальний характер, що вони спочатку не були сприйняті сучасниками.
Доказом існування кількісного співвідношення між «силами» різної природи, що приводять до виділення теплоти, зайнявся в 1843—1847 рр. Д. Джоуль.
Він провів класичні вимірювання механічного еквіваленту теплоти, розробив термометри, які вимірювали температуру з похибкою до однієї двохсотої градуса, що дозволило йому виконувати вимірювання з найвищою для того часу точністю. Основною рисою Джоуля був суворий експериментальний підхід до цих явищ. Дослідна установка, що застосовувалася Джоулем, стала класичною. Ідея досліду полягала у нагріванні води в посудині за рахунок тертя при перемішуванні її крильчаткою, що приводилася в дію падаючими вантажами, і визначенні співвідношення між виконаною роботою і теплотою, яка утворилася. Була встановлена загальна міра теплоти і роботи. Нагрівання 1 кг води на 1 градус виявилося рівноцінним підйому 1 кг вантажу на 460 м (за розрахунками Р. Маєра роком раніше — на 365 м).
У подальші роки Джоуль та інші дослідники доклали багатьох зусиль до того, аби уточнити значення теплового еквіваленту, довести його повну універсальність. Було доведено, що яким би способом не переходила робота в теплоту, кількість теплоти, що з'являється, завжди пропорційна до затраченої роботи.
У червні 1847 р. Джоуль зробив доповідь на зборах Британської асоціації вчених, у якій повідомив про свої точні вимірювання механічного еквівалента теплоти. На слухачів доповідь спочатку не справила ніякого враження і не була належним чином оцінена ними, доки молодий і палкий Вільям Томсон (майбутній лорд Кельвін) не пояснив своїм колегам значення робіт Джоуля. Ця доповідь стала поворотним пунктом в кар'єрі Джоуля. Він став одним з найавторитетніших вчених свого часу, володарем багатьох титулів і нагород.
Не дивлячись на те, що Джоуль обґрунтував закон збереження енергії на досліді, він не дав у своїх роботах його виразного формулювання. Ця заслуга належить німецькому природодосліднику Герману Гельмгольцу, який у 1847 році в праці «Про збереження сили» (нім. Über die Erhaltung der Kraft) виклав у найзагальнішому вигляді закон збереження енергії. 26-річний автор цієї праці був лікарем-хірургом гусарського ескадрону. У роботі було детально обґрунтовано закон збереження енергії і вперше дано його математичне трактування, що підкреслювало загальний характер цього закону.
Згідно з механічною теорією теплоти передача енергії від однієї системи до іншої або від одного тіла до іншого відбувається лише у двох можливих формах — у формі теплоти або у формі роботи. У першому випадку енергія передається у вигляді хаотичного (теплового) руху молекул і атомів без зміни форми руху в самому процесі її передачі. У другому випадку енергія, що перетворюється з одного виду в інший, передається у формі направленого руху. Передача енергії у формі теплоти виникає завжди за наявності різниці температур між тілами (зовнішній теплообмін) або між окремими частинами одного і того ж тіла (внутрішній теплообмін).
Надалі на долю інших вчених залишилися лише перевірка і застосування принципу збереження і перетворення енергії. Успіх всіх цих досліджень привів до того, що закон збереження і перетворення енергії був загальновизнаний як фундаментальний закон природознавства.
Див. також
| Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Механічний еквівалент теплоти |
Примітки
- Енергетика: історія, сучасність і майбутнє Кн.2, Ч.2, Р.1.2. Природа теплоти. Принцип еквівалентності. Закон збереження енергії [ 26 лютого 2016 у Wayback Machine.], 2013.
Джерела
- Льоцци М. История физики. Пер. с итал. — М.: Мир, 1970. — 464 с.
- Янтовський Є. І., Головко Д. Б., Ментковський Ю. Л. Загальні основи фізики: термодинаміка, молекулярна фізика: Навчальний посібник. — К.: Либідь, 1993. — 112 с.
- Енергетика: історія, сучасність і майбутнє. Кн. 2 : Пізнання й досвід — шлях до сучасної енергетики [ 23 листопада 2016 у Wayback Machine.] / Є. Т. Базеєв, Г. Б. Варламов, І. А. Вольчин, С. В. Казансьський, Л. О. Кесова; Наук. ред. Ю. О. Ландау, І. Я. Сігал, С. В. Дубовськой. — 2013. — 326 с. —
- Алабовский А. Н., Недужий И. А. Техническая термодинамика и теплопередача: Учеб. пособие. — 3-е изд., перераб. и доп. — К.: Вища школа, 1990. — 255 с.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Mehani chnij ekvivale nt teploti angl Mechanical equivalent of heat kilkist roboti v mehanichnih odinicyah kilogram sila metrah abo dzhoulyah sho ye ekvivalentnoyu odinici tepla v kaloriyah dorivnyuye 0 4269 kgs m kal abo 4 18 Dzh kal Velichina mehanichnogo ekvivalenta teploti ye obernenoyu velichinoyu do teplovogo ekvivalenta roboti Eksperimentalne viznachennya mehanichnogo ekvivalenta teploti vidigralo virishalnu rol u vstanovlenni i pidtverdzhenni zakonu zberezhennya i peretvorennya energiyi V Mizhnarodnij sistemi odinic SI de prijnyato yedinu odinicyu vimiryuvannya roboti i tepla dzhoul neobhidnist koristuvatisya ponyattyam mehanichnogo ekvivalentu teploti vidpala Istorichna dovidkaShe z chasiv antichnosti isnuvali dvi teoriyi prirodi teploti Zgidno z odniyeyu z nih teplota ce rechovina sho harakterizuyetsya takimi ponyattyami yak flyuyid substanciya flogiston chi teplec zgidno z drugoyu teplota ce harakteristika stanu tila Dumku pro te sho teplota ce rechovina yaka ne porodzhuyetsya i ne znishuyetsya a tilki pererozpodilyayetsya mizh tilami visloviv she u 1613 roci Galilej Hocha procesi obminu til teplom intuyitivno zrozumili fizichnu prirodu cih yavish zbagnuti bulo dosit nelegko Bagato hto ototozhnyuvav vogon z teplotoyu inshi zh vvazhali vogon lishe dzherelom teploti a teplotu yakimos stanom til Lishe pid kinec XIX storichchya virobilosya rozuminnya togo sho teplo zumovlene haotichnim ruhom atomiv i molekul Do togo vvazhalosya sho obmin teplom mizh tilami viklikanij peretikannyam vid odnogo tila do inshogo pevnoyi nevlovimoyi rechovini V XVII stolitti zaproponuvav teoriyu flogistonu za dopomogoyu yakoyi namagavsya poyasniti gorinnya Pislya vidkrittya kisnyu Antuan Lavuazye zaproponuvav svoyu vlasnu kalorichnu teoriyu v yakij teplo viznachalosya yak pevna nevagoma rechovina teplec sho peretikaye mizh tilami Nimeckij fizik German Gelmgolc pershim visunuv gipotezu pro te sho vnutrishnyu prichinu vzayemnogo peretvoryuvannya teploti v robotu mozhna znajti yakim chinom vin ne vkazav zvivshi teplovi yavisha do mehanichnih tobto do yavish ruhu Shlyah yakim ce mozhna zrobiti buv znajdenij u 1856 r nimeckimi fizikami 1822 1879 a rokom piznishe Rudolfom Klauziusom 1822 1888 Osnovne polozhennya kinetichnoyi teoriyi bulo sformulovane u 1738 roci she shvejcarskim vchenim Danielem Bernulli 1700 1782 u rozdili X Gidrodinamiki lat Hydrodynamica sive de Viribus et Motibus Fluidorum commentarii Opus Academicum Zgidno z Bernulli teplota ce zovnishnij proyav kolivalnogo ruhu molekul Na osnovi ciyeyi gipotezi Daniel Bernulli tlumachiv tisk gazu yak rezultat diyi jogo molekul na stinki posudini vnaslidok zitknen Cya teoriya povtorno visuvalasya bagato raziv i pislya Bernulli Prote uyavlennya cih vchenih nosili viklyuchno yakisnij harakter zokrema tomu sho dlya pogliblenogo kilkisnogo vivchennya potribna bula nadijnisha teoriya atomnoyi budovi rechovini Do seredini XIX storichchya atomistika zrobila takij krok vpered sho fiziki vzhe mogli z doviroyu yiyi vikoristovuvati i vona pochala zblizhatis z mehanichnoyu teoriyeyu teploti v yedinu kinetichnu teoriyu gaziv Osnovopolozhnikom mehanichnoyi teoriyi teploti buv Rudolf Klauzius yakij rozpochav u 1850 r svoyi klasichni doslidzhennya principu ekvivalentnosti teploti i roboti a takozh zakonu zberezhennya energiyi Virishalnu rol u vstanovlenni cih vzayemozv yazkiv istoriya vidvodit Robertu Mayeru Dzhejmsu Dzhoulyu i Germanu Gelmgolcu R Mayer chitko sformulyuvav zakon zberezhennya energiyi i teoretichno rozrahuvav chiselne znachennya mehanichnogo ekvivalentu teploti Za jogo uyavlennyami ruh teplota elektrika yakisno rizni formi sil yak todi nazivali energiyu Ideyi Mayera mali nastilki uzagalnyuyuchij i universalnij harakter sho voni spochatku ne buli sprijnyati suchasnikami Aparat D Dzhoulya dlya viznachennya mehanichnogo ekvivalenta teploti 1869 Dokazom isnuvannya kilkisnogo spivvidnoshennya mizh silami riznoyi prirodi sho privodyat do vidilennya teploti zajnyavsya v 1843 1847 rr D Dzhoul Vin proviv klasichni vimiryuvannya mehanichnogo ekvivalentu teploti rozrobiv termometri yaki vimiryuvali temperaturu z pohibkoyu do odniyeyi dvohsotoyi gradusa sho dozvolilo jomu vikonuvati vimiryuvannya z najvishoyu dlya togo chasu tochnistyu Osnovnoyu risoyu Dzhoulya buv suvorij eksperimentalnij pidhid do cih yavish Doslidna ustanovka sho zastosovuvalasya Dzhoulem stala klasichnoyu Ideya doslidu polyagala u nagrivanni vodi v posudini za rahunok tertya pri peremishuvanni yiyi krilchatkoyu sho privodilasya v diyu padayuchimi vantazhami i viznachenni spivvidnoshennya mizh vikonanoyu robotoyu i teplotoyu yaka utvorilasya Bula vstanovlena zagalna mira teploti i roboti Nagrivannya 1 kg vodi na 1 gradus viyavilosya rivnocinnim pidjomu 1 kg vantazhu na 460 m za rozrahunkami R Mayera rokom ranishe na 365 m U podalshi roki Dzhoul ta inshi doslidniki doklali bagatoh zusil do togo abi utochniti znachennya teplovogo ekvivalentu dovesti jogo povnu universalnist Bulo dovedeno sho yakim bi sposobom ne perehodila robota v teplotu kilkist teploti sho z yavlyayetsya zavzhdi proporcijna do zatrachenoyi roboti U chervni 1847 r Dzhoul zrobiv dopovid na zborah Britanskoyi asociaciyi vchenih u yakij povidomiv pro svoyi tochni vimiryuvannya mehanichnogo ekvivalenta teploti Na sluhachiv dopovid spochatku ne spravila niyakogo vrazhennya i ne bula nalezhnim chinom ocinena nimi doki molodij i palkij Vilyam Tomson majbutnij lord Kelvin ne poyasniv svoyim kolegam znachennya robit Dzhoulya Cya dopovid stala povorotnim punktom v kar yeri Dzhoulya Vin stav odnim z najavtoritetnishih vchenih svogo chasu volodarem bagatoh tituliv i nagorod Ne divlyachis na te sho Dzhoul obgruntuvav zakon zberezhennya energiyi na doslidi vin ne dav u svoyih robotah jogo viraznogo formulyuvannya Cya zasluga nalezhit nimeckomu prirododoslidniku Germanu Gelmgolcu yakij u 1847 roci v praci Pro zberezhennya sili nim Uber die Erhaltung der Kraft viklav u najzagalnishomu viglyadi zakon zberezhennya energiyi 26 richnij avtor ciyeyi praci buv likarem hirurgom gusarskogo eskadronu U roboti bulo detalno obgruntovano zakon zberezhennya energiyi i vpershe dano jogo matematichne traktuvannya sho pidkreslyuvalo zagalnij harakter cogo zakonu Zgidno z mehanichnoyu teoriyeyu teploti peredacha energiyi vid odniyeyi sistemi do inshoyi abo vid odnogo tila do inshogo vidbuvayetsya lishe u dvoh mozhlivih formah u formi teploti abo u formi roboti U pershomu vipadku energiya peredayetsya u viglyadi haotichnogo teplovogo ruhu molekul i atomiv bez zmini formi ruhu v samomu procesi yiyi peredachi U drugomu vipadku energiya sho peretvoryuyetsya z odnogo vidu v inshij peredayetsya u formi napravlenogo ruhu Peredacha energiyi u formi teploti vinikaye zavzhdi za nayavnosti riznici temperatur mizh tilami zovnishnij teploobmin abo mizh okremimi chastinami odnogo i togo zh tila vnutrishnij teploobmin Nadali na dolyu inshih vchenih zalishilisya lishe perevirka i zastosuvannya principu zberezhennya i peretvorennya energiyi Uspih vsih cih doslidzhen priviv do togo sho zakon zberezhennya i peretvorennya energiyi buv zagalnoviznanij yak fundamentalnij zakon prirodoznavstva Div takozhVikishovishe maye multimedijni dani za temoyu Mehanichnij ekvivalent teploti Rivnyannya Mayera Teplota Zakon zberezhennya energiyiPrimitkiEnergetika istoriya suchasnist i majbutnye Kn 2 Ch 2 R 1 2 Priroda teploti Princip ekvivalentnosti Zakon zberezhennya energiyi 26 lyutogo 2016 u Wayback Machine 2013 DzherelaLocci M Istoriya fiziki Per s ital M Mir 1970 464 s Yantovskij Ye I Golovko D B Mentkovskij Yu L Zagalni osnovi fiziki termodinamika molekulyarna fizika Navchalnij posibnik K Libid 1993 112 s Energetika istoriya suchasnist i majbutnye Kn 2 Piznannya j dosvid shlyah do suchasnoyi energetiki 23 listopada 2016 u Wayback Machine Ye T Bazeyev G B Varlamov I A Volchin S V Kazansskij L O Kesova Nauk red Yu O Landau I Ya Sigal S V Dubovskoj 2013 326 s ISBN 966 8163 11 7 Alabovskij A N Neduzhij I A Tehnicheskaya termodinamika i teploperedacha Ucheb posobie 3 e izd pererab i dop K Visha shkola 1990 255 s