W; rme

Невъздържаният наблюдател е принуден да вярва, че по-топло тяло издава „нещо“, докато се охлажда, което по-хладното тяло поглъща, докато се загрява. За да имаме формиращо име за него, ние наричаме това „нещо“ след „Черно“ Количество топлина. В този израз тялото с по-висока температура отделя количество топлина на това с по-ниската. Загубата на топлина се счита за причина за охлаждането на едното тяло, а абсорбцията му от другото тяло като причина за затоплянето му. Тази нововъведена "количествена концепция" за топлина, която би трябвало да стои редом с температурата на "концепцията за интензивност", придобива само истински смисъл, защото можем да измерим "количеството топлина" и да я определим числено.

И тук количеството топлина може да бъде измерено само чрез измерване на неговите ефекти и засега знаем само промените в температурата на такива ефекти. Следователно ще зададем количеството топлина, погълната (или освободена) от тялото Δq, пропорционална на неговата температурна промяна ΔT преди и след абсорбцията (или освобождаването): Δq

ΔT; или с константа на пропорционалност C:

където С е топлинният капацитет. Тъй като промяната в количеството топлина Δq е пропорционална на масата на тялото, можем да въведем специфичния топлинен капацитет c и получаваме:

Тъй като това винаги е за Температурни разлики уравнението се отнася и за температурата на Целзий t. В това уравнение c се оказва фактор, зависим от материала. Но той съдържа две неизвестни, а именно Δq и c. Ако знаехме или знаехме как да измерим специфичния топлинен капацитет c, бихме могли да измерим и количеството топлина Δq и обратно.

В миналото коефициентът c се определяше произволно за всяко вещество в определен температурен диапазон. Беше договорено водата между 14,5 и 15,5 ° C да има единица специфичен топлинен капацитет. С това определяне, единицата за количеството топлина беше определена едновременно и по този начин беше получена възможността за измерване на всяко количество топлина. Тогава единицата за количеството топлина се получава, както следва: Ако c е зададена равна на единицата и m = 1 g, чрез нагряване на 1 g вода от 14,5 ° C до 15,5 ° C при нормално налягане, така че температурната разлика Δt = 1 градус е, тогава Δq става равно на единицата за количеството топлина. Те се наричаха 1 калория (1 кал).

Масата тук представлява количеството вещество. Често обаче е полезно топлинният капацитет да се свърже директно с количеството вещество. След това се говори за моларен топлинен капацитет Cm. Има връзка между Cm и c

където М е моларната маса. Когато задавате единицата топлинно количество, както е описано, човек е обвързан със свойствата на материала на водата. Въпреки това има тенденция да се прави възможно най-далеч без свойства на материала при определяне на единиците.

Но каква е истинската природа на топлината? Тъй като те напр. чрез триене, т.е. може да се генерира от работа, идеята е, че това е форма на енергия. Ако случаят е такъв, трябва да се очаква, че дадено произведение, когато се преобразува в топлина, генерира определено количество топлина всеки път, независимо от начина, по който се извършва превръщането на работата в топлина, т.е. независимо от вида на използвания процес, както и от физичните и химичните свойства на използваните вещества. С други думи: трябва да има фиксирана числена връзка между топлината, измерена предварително в калории, и работата, използвана за генерирането й, която се измерва в джаули.

Фиг. 1: Джаулов апарат за определяне на механичния топлинен еквивалент. Понижаващото тегло работи, E = mgh, във водата на контейнера, при което енергията E може да се определи чрез промяната в температурата.

J.P. Джоул предоставя тези доказателства чрез систематични експерименти между 1842 и 1850 г. Мисловният ход на един от неговите експерименти е следният: Тяло с маса m, което е издигнато на височина h, има потенциална енергия mgh. Когато това тяло потъне, то работи и това се преобразува в топлина по следния начин: Потъващото тяло движи гребло, което се върти при силно триене в течност (например живак). Ако тялото M е потънало, енергията mgh е изчезнала, но в течността се е появила топлина. Ако масата му е m, специфичният му топлинен капацитет c, повишаването на температурата ΔT, тогава количеството генерирана топлина е равно на mcΔT. Сега коефициентът mgh/mcΔT, ако топлината е форма на енергия, трябва да бъде постоянен и независим от експерименталните условия. Днес се прилага:

1 калория (кал) = 4,1868 джаула (J)

Ако не ви се налага често да се справяте с тези числа, едва ли имате „усещане“ за това колко калория, нютонметър или джаул е. Най-лесният начин да се изчисли един киловат час от консумацията на електрическа енергия. Възнаграждаващо и изненадващо е да правите прости сравнения или чрез изчисления, или чрез прости измервания. Кинетичната енергия на пистолетния куршум е 100 J. От друга страна, кибритената клечка излъчва топлинна енергия от 1000 J.

Топлоемкост на някои газове при постоянно налягане (индекс p) и при постоянен обем (V)

газ	c стр	c p/c V	c V	С т.т.	C mV	C mp-C mV
	J/gK	J/gK	J/molK	J/molK	J/molK
хелий	5.2335	1,66600	3.1527	20 934	12.602	8.332
неон	1,0216	1,6376	0,6238	20.766	12 560	8.206
аргон	0,5234	1,6667	0,3140	20 934	12 560	8 374
криптон	0,2470	1,6857	0,1465	20.808	12 560	8.248
ксенон	0,1591	1,6522	0.0963	20.808	12 560	8.248
Живачни пари	0.1047	1,6667	0,0628	20.808	12 560	8 428
въздух	1.0090	1.4094	0,7159	29 098	20.787	8.311
кислород	0.9127	1.4065	0,649	29.207	20.859	8.348
азот	1,0216	1.4023	0,7285	28.604	20 432	8.172
водород	14.2351	1.4102	10.0944	28 470	20 335	8.135
Хлороводород	0,8122	1.4161	0,5736	29.647	21 026	8,621
Въглеводород	1.0467	1.4045	0,7453	29.308	20 934	8 374
Въглероден двуокис	0,8457	1,3357	0,6238	36,928	28 428	8 500
Азотен оксид	0,8374	1.2903	0,649	36,844	28 470	8 374

Декларацията за защита на данните на TU Braunschweig се прилага за този уебсайт, с изключение на раздели VI, VII и VIII.

---