ЕКСПЕРИМЕНТ ДЖОУЛА (фундамент)

Дослід Джоуля

Досвід Джоуля показує еквівалентність двох видів енергії: механічної та калорійної.
До цього експерименту тепло (вимірюване калоріями) та механічна енергія (вимірюване в джоулях) були окремими поняттями:

  • Калорія = теплота, яку грам води повинен обміняти, щоб її температура змінилася на один градус.
  • Джоуль = енергія, отримана, коли сила одного ньютона, прикладена до маси одного кілограма, створює зміщення в один метр.
Джоуль показує, як механічна енергія може виробляти теплову енергію, і робить це завжди в однаковій пропорції. Ця еквівалентність енергій називається механічним еквівалентом тепла і діє:

Джоуль провів свій експеримент, нагріваючи масу води Ма від початкової температури T0 до кінцевої температури Tf за допомогою лопатей, що збуджують ванну. Необхідне тепло Q це:

де Се - питома теплоємність води, 1000 ca l/(Kg ºC)

Лопаті рухаються завдяки механічній енергії, що передається масою Mp, падіння з висоти h, за допомогою нитки, що активує поворотний рух. Задіяна механічна енергія - це потенційна енергія Ep:

Ep = Mp g h J

У цьому експерименті Джоуль показує, що існує постійна залежність між двома формами енергії: механічним еквівалентом тепла:

Q/Ep = механічний еквівалент тепла