Experimentul lui Joule
Fizică statistică și termodinamică
În experimentul Joule, se determină echivalentul mecanic al căldurii, adică relația dintre unitatea de energie joule (joule) și unitatea de căldură calorică.
Prin acest experiment simulat, scopul este de a arăta cantitatea mare de energie care este necesară pentru a se transforma în căldură pentru a crește considerabil temperatura unui volum mic de apă.
Descriere.
Un recipient izolat termic conține o anumită cantitate de apă, cu un termometru pentru măsurarea temperaturii acestuia, un arbore cu palete care sunt puse în mișcare prin acțiunea unei greutăți, așa cum se arată în figură.
Versiunea originală a experimentului constă din două greutăți egale care atârnă simetric de arbore.
Greutatea, care se mișcă cu o viteză practic constantă, pierde energie potențială. Ca urmare, apa agitată de palete devine fierbinte din cauza fricțiunii.
Dacă aluatul se blochează M coboară o înălțime h, energia potențială scade cu Mgh, și aceasta este energia utilizată pentru încălzirea apei (alte pierderi sunt neglijate).
Joule a constatat că scăderea energiei potențiale este proporțională cu creșterea temperaturii apei. Constanta de proporționalitate (căldura specifică a apei) este egală cu 4.186 J/(g єC). Prin urmare, 4.186 J de energie mecanică mărește temperatura de 1g de apă cu 1є C. Caloria este definită ca 4.186 J fără referire la substanța care este încălzită.
În simularea experimentului Joule, echivalentul în apă al calorimetrului, termometrul, arborele și paletele, pierderea de energie prin pereții izolați ai containerului calorimetrului și alte pierderi datorate fricțiunii în scripete sunt neglijate etc.