Căldură și lucru Texte științifice
Relația dintre căldură și muncă
Dacă căldura și munca sunt ambele forme de energie în tranzit de la un corp sau sistem la altul, ele trebuie să fie legate între ele. Verificarea acestui tip de relație a fost unul dintre obiectivele experimentale urmărite insistent de fizicianul englez James Prescott Joule (1818-1889). Chiar și atunci când a efectuat diferite experimente în căutarea acestei relații, cel mai cunoscut a constat în determinarea căldurii produse în interiorul unui calorimetru ca urmare a fricțiunii cu apa calorimetrului unui sistem rotativ cu palete și, ulterior, compararea acestuia cu munca necesară pentru mișcă-i.
Energia mecanică implicată a fost controlată în experimentul lui Joule prin renunțarea la greutăți a căror energie potențială inițială ar putea fi ușor calculată astfel încât să funcționeze W, ca o schimbare a energiei mecanice, aceasta ar fi dată de:
W = DEp = m · g · h
fiind m masa greutăților, h înălțimea de la care cad și g accelerarea gravitației.
La rândul său, căldura degajată de agitația apei produse de lamele în mișcare a dat naștere la o creștere a temperaturii calorimetrului și la aplicarea ecuației calorimetrice:
Q = m c (Tf - Ti)
permisă determinarea valorii Î și comparați-o cu cea a W.
După o serie de experimente în care și-a îmbunătățit progresiv rezultatele, a ajuns să constate că munca depusă pe sistem și căldura eliberată în calorimetru păstrează întotdeauna o relație constantă și aproximativ egală cu 4,2. Adică, pentru fiecare 4,2 jouli de muncă efectuată, o cantitate de căldură egală cu o calorie a fost comunicată calorimetrului. Acea valoare numită echivalentul mecanic al căldurii este cunoscut mai exact astăzi și este considerat a fi 4.184 jouli/calorii. Relația numerică dintre căldură Î si munca W poate fi apoi scris sub forma:
W (jouli) = 4,18 Î(calorii)