В истории науки механический эквивалент тепла утверждает, что движение и тепло взаимозаменяемы и что в каждом случае данный объем работы будет генерировать одинаковое количество тепла при условии, что выполненная работа полностью преобразуется в тепловую энергию. Механический эквивалент тепла был концепцией , сыгравшей важную роль в развитии и принятии теории сохранения энергии и становлении науки термодинамики в 19 веке. Его независимое и одновременное открытие Джеймсом Прескоттом Джоулем и Юлиусом Робертом фон Майером привело к спору о приоритете .
.png/1280px-Joule's_Apparatus_(Harper's_Scan).png)
Бенджамин Томпсон , граф Румфорд, наблюдал тепло трения, выделяемое сверлильными пушками в арсенале в Мюнхене, Бавария, около 1797 года. Румфорд погрузил ствол пушки в воду и приготовил специально затупленный сверлильный инструмент. Он показал, что воду можно вскипятить примерно за два с половиной часа и что запас тепла трения кажется неисчерпаемым.
На основе своих экспериментов он опубликовал « Экспериментальное исследование источника тепла, возбуждаемого трением » (1798 г.), « Философские труды Королевского общества», с. 102. Эта научная работа бросила серьезный вызов устоявшимся теориям тепла и положила начало революции в термодинамике XIX века. Эксперимент вдохновил Джеймса Прескотта Джоуля на работу в 1840-х годах. Более точные измерения эквивалентности Джоуля сыграли решающую роль в создании кинетической теории в ущерб теории теплоты . Идея об эквивалентности тепла и работы была также предложена Юлиусом Робертом фон Майером в 1842 году в ведущем немецком физическом журнале и независимо Джеймсом Прескоттом Джоулем в 1843 году в ведущем британском физическом журнале. Аналогичная работа была проведена Людвигом А. Колдингом в 1840–1843 годах, хотя работы Колдинга были мало известны за пределами его родной Дании.
Сотрудничество Николя Клемана и Сади Карно в 1820-х годах имело некоторые схожие идеи, близкие к тому же. [1] В 1845 году Джоуль опубликовал статью под названием «Механический эквивалент тепла», в которой он указал числовое значение количества механической работы, необходимой для производства единицы тепла. В частности , Джоуль экспериментировал с количеством механической работы, производимой трением, необходимой для повышения температуры фунта воды на один градус по Фаренгейту , и нашел постоянное значение силы 778,24 фут-фунта (4,1550 Дж · кал -1 ). Джоуль утверждал, что движение и тепло взаимозаменяемы и что в каждом случае данный объем работы будет генерировать одинаковое количество тепла. Фон Майер также опубликовал численное значение механического эквивалента тепла в 1845 году, но его экспериментальный метод не был столь убедительным.
Хотя стандартизированное значение 4,1860 Дж·кал -1 было установлено в начале 20-го века, в 1920-х годах в конечном итоге стало понятно, что константа - это просто удельная теплоемкость воды, величина, которая изменяется в зависимости от температуры от значений 4,17 до 4,22 Дж· г -1 · °С -1 . Изменение единицы измерения произошло в результате упразднения калории как единицы в физике и химии .
И фон Майер, и Джоуль поначалу встретили пренебрежение и сопротивление, несмотря на то, что публиковались в ведущих европейских физических журналах, но к 1847 году многие ведущие ученые того времени обратили на них внимание. Герман Гельмгольц в 1847 году опубликовал то, что считается окончательной декларацией сохранения энергии . Гельмгольц многому научился, читая публикации Джоуля, хотя в конечном итоге Гельмгольц пришел к выводу, что приоритет принадлежит и Джоулю, и фон Майеру.
Также в 1847 году Джоуль выступил с хорошо посещаемой презентацией на ежегодном собрании Британской ассоциации содействия развитию науки . Среди присутствующих был Уильям Томсон . Томсон был заинтригован, но поначалу отнесся к этому скептически. В течение следующих двух лет Томсон все больше убеждался в теории Джоуля и наконец признал свою убежденность в печати в 1851 году, одновременно отдав должное фон Майеру. Томсон сотрудничал с Джоулем, главным образом, по переписке: Джоуль проводил эксперименты, Томсон анализировал результаты и предлагал дальнейшие эксперименты. Сотрудничество продолжалось с 1852 по 1856 год. Его опубликованные результаты во многом способствовали всеобщему признанию работ Джоуля и кинетической теории .
Однако в 1848 году фон Майер впервые увидел статьи Джоуля и написал во Французскую Академию наук, чтобы подтвердить приоритет. Его письмо было опубликовано в «Comtes Rendus» , и Джоуль отреагировал быстро. Тесные отношения Томсона с Джоулем позволили ему втянуться в полемику. Пара планировала, что Джоуль признает приоритет фон Майера в отношении идеи механического эквивалента, но утверждает, что экспериментальная проверка остается за Джоулем. Соратники, сотрудники и родственники Томсона, такие как Уильям Джон Маккуорн Рэнкин , Джеймс Томсон , Джеймс Клерк Максвелл и Питер Гатри Тейт, присоединились к защите дела Джоуля.
Однако в 1862 году Джон Тиндалл в одном из своих многочисленных экскурсов в научно-популярную науку и многих публичных споров с Томсоном и его окружением прочитал в Королевском институте лекцию под названием «О силе» [1], в которой он отдал должное фон Майеру за разработку и измерение механический эквивалент тепла. Томсон и Тейт были возмущены, и на страницах «Философского журнала» и гораздо более популярного «Хороших слов» произошел недостойный публичный обмен перепиской . Тейт даже прибегнул к защите интересов Колдинга , пытаясь подорвать авторитет фон Майера.
Хотя Тиндаль снова настаивал на защите фон Майера в книге « Тепло: способ движения» (1863) с публикацией статьи сэра Генри Энфилда Роско « Термодинамика» в « Эдинбургском обзоре термодинамики » в январе 1864 года, репутация Джоуля была запечатана, в то время как репутация фон Майера вступила в период упадка. безвестность.
СМИ, связанные с механическим эквивалентом тепла, на Викискладе?