Постоянное эквивалентное отношение между теплотой и работой при их взаимных переходах установлено в классических опытах Д. П. Джоуля (1842-1867). Типичный эксперимент Джоуля заключается в следующем.
Падающий с известной высоты груз вращает мешалку, погруженную в воду, находящуюся в калориметре (груз и калориметр с водой составляют термодинамическую систему). Вращение лопастей мешалки в воде вызывает нагревание воды в калориметре; соответствующее повышение температуры количественно фиксируется.
После того, как указанный процесс закончен, система должна быть приведена в исходное состояние. Это можно сделать путем мысленного опыта. Груз поднимается на исходную высоту, при этом затрачивается извне работа, которая увеличивает энергию системы. Кроме того от калориметра отнимается (передается в окружающую среду) теплота путем охлаждения его до исходной температуры. Эти операции возвращают систему к исходному состоянию, т.е. все измеримые свойства системы приобретают те же значения, которые они имели в исходном состоянии. Процесс, в течении которого свойства системы изменялись, и в конце которого она вернулась к исходному состоянию, называется круговым (циклическим) процессом или циклом.
Единственным результатом описанного цикла является отнятие работы от среды, окружающей систему, и переход в эту среду теплоты, взятой у калориметра.
Сравнение этих двух величин, измеренных в соответствующих единицах, показывает постоянное отношение между ними, не зависящее от величины груза, размеров калориметра и конкретных количеств теплоты и работы в разных опытах. Эквивалентность теплоты и работы в циклическом процессе можно записать так:
Уравнение выражает собой закон сохранения энергии для частного, очень важного случая превращения работы в теплоту.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему