Връзка между топлина и механична работа (експеримент с работно колело на Джоул)
Механиката и термодинамиката се развиват отделно. Днес за нас е естествено да оперираме с енергии и в двете глави. В механиката говорим за движение, въртене, потенциал, еластични енергии и работата, извършена от сили. В термологията за вътрешния пренос на енергия и топлина и работата във връзка с промените във вътрешната енергия (например разширителна работа в газове). Всички енергийни и енергийни промени днес се измерват в джаули. Но до 1845 г. енергийните промени на топлинните процеси и енергийните промени на механичните процеси се третират толкова отделно, че дори единицата за измерване е различна. Определение за механична работа:
Въз основа на това, единицата за работа:
Устройството $ N \ cdot m $ по-късно беше наречено $ \ mathrm $ -. (По времето на Джоул силата се измерва не в $ \ mathrm $ -, а в теглото на шрифта [$ 1 \ \ mathrm $ около $ 0,45 \ \ mathrm $ и $ 1 \ \ mathrm $ около $ 0,45 \ \ mathrm $], изместването и във фута [$ 1 \ \ mathrm $ е около $ 0,3 \ \ mathrm $ -])
Тоест, смисълът на работа $ 1 \ \ mathrm $ е количеството енергия, дадено на тялото от сила от $ 1 \ \ mathrm $ по време на изместване на сила $ 1 \ \ mathrm $ (от което кинетичната енергия на тялото се увеличава, при условие че никоя друга сила, да речем триенето, не се отстранява незабавно). отнема енергията от работата на тялото).
При термични процеси телата могат да се нагряват или охлаждат. Това е количеството топлина, необходимо за повишаване на единица температура (днес $ 1 \ \ \ mathrm $) вода на единица температура - (днес за нагряване на $ 1 \ \ mathrm ^ \ circ C> $). (По времето на Джоул мерните единици бяха различни, така че беше включен килограм вода и единицата за повишаване на температурата беше $ \ mathrm ^ \ circ F> $ [$ 1 \ \ mathrm ^ \ circ F> $ повишение беше около $ 0,55 \ \ mathrm ^ \ circ C> съответства на увеличение от $].)
Още през 1798 г. Рум, Румфорд забелязва в своя експеримент за пробиване на оръдия, че механичното движение, механичната работа и генерирането на топлина като две „далечни“ явления са тясно свързани. Джоул направи физически исторически да продължи качествените наблюдения на Ръмфорд и подложи проблема на количествено (количествено) изследване: той се опита да измери колко механична работа може да „достави“ единица топлина (днес бихме казали да преобразуваме единица топлина ).
Експериментът
Джоул купи цилиндричен резервоар през 1845 г. с $ 1 \ \ mathrm $ (приблизително $ \ Mathrm $) вода и работни колела, монтирани на вертикална ос в средата на резервоара. Той прикрепи макара към шахтата, на която намота въже, и закачи тежест на края на въжето (отвъд ролката). Когато силата на гравитацията изтегли тежестта надолу, остриетата се завъртяха и разбъркаха енергично водата.
