Механический эквивалент тепла

Научная общественность не успела оценить важность интеллектуального прорыва Роберта Майера, поскольку вскоре англичанин Джеймс Джоуль развил те же идеи в более привычной для нас форме, поставив при этом эксперимент, ставший классическим.

Джеймс Прескотт Джоуль родился в семье зажиточного владельца пивоваренного завода, получил хорошее домашнее образование. В течение нескольких лет его учителем по математике, химии и физике был Джон Дальтон. Именно отсюда у Джоуля появилось увлечение наукой.

Вначале он изучал на практике электричество, в результате чего его домашние иногда попадали под напряжение. Первым научным открытием Джоуля стало установление количественной связи между нагреванием провода и протеканием по нему электрического тока.

Механический эквивалент

Нет ли иных способов оценить энергию количественно? Джоуль задавался этим вопросом, изучая возможность замены паровой машины электрическими моторами на пивоваренном заводе. Прежде всего он хотел сравнить эффективность обоих двигателей, для чего ему необходимо было знать, на какую механическую работу способна энергия пара.

В 1843 году Джоуль сконструировал аппарат, который позволил установить механический эквивалент тепла опытным путем. Падающий груз раскручивал мешалку, помещенную внутрь герметически закрытой емкости с водой.

Можно утверждать, что опыт Джоуля был первой практической попыткой изучить, что такое тепло и как оно связано с работой.

Предположение Джоуля состояло в том, что энергия движения падающего груза передается воде, которая должна нагреваться. В емкости был один фунт (440 г) воды, и Джоуль хотел измерить, какую работу придется совершить, чтобы нагреть этот объем на один градус Фаренгейта. Это число дало бы ему единицу теплоты. Результат первого эксперимента составил 838 футов на фунт-силу. Такая энергия высвобождается при падении груза весом один фунт с высоты 838 футов (255 м).

Последующие опыты уточнили результат, и в новой серии экспериментов с газом вместо воды получилось 772,7 фута на фунт-силу, что намного ближе к современному значению меры количества теплоты и механической работы, измеряемой в джоулях.

Один джоуль

Единица энергии, джоуль (Дж), названа в честь английского физика Джеймса Джоуля. Один джоуль эквивалентен одному ньютону на метр — работе (она же энергия), которую совершает сила в один ньютон на расстоянии один метр. Один ньютон — это сила, сообщающая телу массой 1 кг такое ускорение, что за секунду его скорость возрастает на 1 метр в секунду. Если собрать все это вместе, то: 1 Дж = 1 Н м = 1 кг м² /с².