جیمز ژول !

جیمز ژول که بود و چه کرد ؟؟؟

ژول یک فیزیکدان انگلیسی بود که مطالعات خود را به همراه لرد کلوین و جان دالتون (شیمیدان )انجام می داد. آزمایشهای او نشان دادند که تولید گرما همواره با از دست دادن و یا مصرف شدن شکل دیگری از انرژی همراه است و بنابراین وی نتیجه گرفت که گرما نیز باید شکلی از انرژی به شمار آید. نام واحد انرژی را از نام این دانشمند گرفته اند.جیمز پرسکات ژول فیزیکدان انگلیسی برای آزمایشهایی که بر روی گرما انجام داده است معروف است. او کشف کرد که اشکال مختلف انرژی، یعنی انرژی مکانیکی، الکتریکی، و گرما، اساساً یکی هستند و هر شکل انرژی انرژی می‌تواند به شکلهای دیگر آن تبدیل شود. کار ژول به قدری مهم بود که نام او به واحدی از کار یا انرژی داده شده است (ژول)

یکی از تجربه های پیشرو در زمان خود، جیمز پرس کات ژول سهم اصلی خود را به علم با کشف قانون اول ترمودینامیک، قانون حفاظت از انرژی ساخته شده است، و یافته های خود را در رابطه با معادل مکانیکی گرما. ژول با لرد ویلیام تامسون کلوین، در تدوین اثر ژول تامسون، که اظهار داشت که درجه حرارت از گاز در حال انبساط سرد شد در صورتی که گاز کار خارجی انجام همکاری کرد.

دوم از پنج فرزند، ژول دم در یک خانواده ثروتمند بزرگ شد. متولد 24 دسامبر، 1818 در سالفورد، در نزدیکی منچستر، انگلستان، بنجامین و آلیس پرسکات ژول، ژول، یک کودک خجالتی و ضعیف بود. ژول و یک برادر در خانه tutored در شدند، و از 1834 به 1837 برادران ریاضیات و علوم را از جان دالتون شیمیدان، شناخته شده برای کار خود را در نظریه اتمی آموخته است. ژول علاقه به فیزیک را در سال های اولیه توسعه و راه اندازی یک آزمایشگاه در نزدیکی آبجوسازی به انجام آزمایش.

اگرچه ژول آموزش و پرورش رسمی و یا مدرک دانشگاهی دریافت نمی کند، او اکتشاف ها، نوآوری های قابل توجه، بسیاری از آنها قبل از سن 30 سالگی ساخته شده است. در سن 19 سالگی او را به تحقیقات مستقل تحت هدایت ویلیام ماهیان خاویاری، دانشمند آماتور آغاز شد. ژول علاقه ماهیان خاویاری در نظریه الکترومغناطیسی را تحت تاثیر خود قرار داده بود. ژول در حدود همان زمان شروع به بررسی مشکلات ناشی از گرما، به ویژه حرارت توسط یک جریان الکتریکی است. او نشان داد که حرارت تولید شده توسط یک جریان الکتریکی در یک سیم، جریان و مقاومت سیم ارتباط داده شد. ژول یافته های خود را در سال 1840 در مقاله اعلام کرد "در تولید حرارت توسط برق ولتائیک.

از 1837 به 1847 ژول معادل مکانیکی گرما و دیگر اشکال انرژی را مورد مطالعه قرار گرفت و تاسیس اصل حفاظت از انرژی است. او به طور سیستماتیک به مطالعه اثرات حرارتی ناشی از تولید و عبور جریان در یک جریان الکتریکی و در سال 1843 او تعیین میزان کار مکانیکی مورد نیاز برای تولید یک مقدار گرما، کشف خود را با آزمایش های دقیق است که در آن ژول اندازه گیری هدایت شد درجه حرارت تولید شده توسط چرخ دوار دست و پا زدن، توسط یک موتور الکترومغناطیسی، در آب. ژول مشاهدات خود را در سال 1849 به انجمن سلطنتی ارائه شده معادل مکانیکی گرما. "یک سال پیش از او نیز کاغذ در نظریه جنبشی گازها نوشته شده است. این مقاله شامل برآورد سرعت مولکول های گاز. در طول این دهه سازنده ژول نیز گرایمز آملیا لیورپول، در سال 1847 ازدواج کرد. هنگامی که او در سال 1854 درگذشت، ژول به بالا بردن دو فرزند خود گذاشته شد.

ژول تامسون از 1852 تا 1859 در مورد آزمایشات در ترمودینامیک کار می کرد. مهم ترین آنها کشف این بود که دمای گاز در حال گسترش سرد تحت شرایط خاصی است. این شد شناخته شده به عنوان اثر ژول تامسون بود و پایه ای برای توسعه از تبرید صنعت بزرگ در قرن 19th.

در سال 1850 ژول را به انجمن سلطنتی انتخاب شد و از شناخت گسترده و شهرت زیادی برخوردار بودند. ژول همچنان به انجام تحقیقات تجربی است، اما یافته های خود را برای مطابقت با دستاوردهای سال های اولیه خود را شکست خورده است. اگرچه ژول یک انتصاب دانشگاهی را دریافت نکرده ام، کار خود را در ترمودینامیک و معادل مکانیکی حرارت به طور گسترده ای پذیرفته شد و کمک به پیشرفت علوم. ژول، یک واحد از انرژی، به افتخار او نامگذاری شد.

ژول، مرد کار و انرژی

هر کس که اطلاعات کمی درباره فیزیک داشته باشد، می‌داند که ژول یک واحد فیزیک است

اما قبل از آن ژول نام یک دانشمند معروف انگلیسی است که کارهای بسیار زیادی در علم فیزیک انجام داده است و امروز سالروز تولد اوست.

جیمز در دوران نوجوانی به یادگیری علم فیزیک زیر نظر دانشمندانی مثل دالتون و هاروی پرداخت و به اندازه‌گیری علاقه‌مند شد، به همین دلیل به ساختن وسیله‌هایی مشغول شد که بتوانند گرما را اندازه‌گیری کنند و نشان دهند که چه مقدار کار مکانیکی برای به وجود آمدن مقدار مشخصی گرما مورد نیاز است.

از مهم‌ترین کارهای ژول کشف رابطه بین جریان الکتریکی و گرمای ایجاد شده از آن است. همان‌طور که می‌دانید بسیاری از وسیله‌هایی که به طور روزمره با آنها سروکار داریم در اثر عبور جریان الکتریکی گرم می‌شوند. در واقع هر جسمی بنا به جنس و مواد سازنده آن در برابر عبور جریان الکتریکی مقاومت می‌کند که در نتیجه گرما ایجاد می‌شود. ژول توانست با انجام آزمایش‌های بسیار زیاد و تکرار آنها در سن 22 سالگی رابطه بین مقاومت الکتریکی، جریان و زمان را با گرمای ایجاد شده به دست آورد. این قانون بعدها به قانون ژول معروف شد. بنا بر این قانون میزان گرمای ایجاد شده با مجذور جریان و مدت زمان عبور آن و مقاومت الکتریکی رسانا نسبت مستقیم دارد.

بعد از آن ژول تصمیم گرفت مفهوم کار و انرژی را بررسی کند و در نهایت ثابت کرد که ماهیت همه انرژی‌ها مثل الکتریکی، مکانیکی ، گرمایی و...یکی است و همه آنها قابل تبدیل از شکلی به شکل دیگر هستند؛ قانونی که امروزه آن را به قانون بقا یا پایستگی انرژی می‌شناسیم. در واقع اهمیت این کشف آن قدر زیاد بود که بعد از آن یکای کار و انرژی به افتخار او ژول نامیده شد.

ژول تحقیقات اولیه درباره استفاده از الکترومغناطیس در موتورها را کنار می‌گذارد، زیرا معتقد است که بخار شکل قویتری از انرژی است. درباره تولید گرما با الکتریسیته ولتایی را منتشر می‌کند. فرمولی برای مقدار کار لازم برای تولید یک واحد گرما را ارائه می‌کند. این فرمول بر این نظر جدید مبتنی است که گرما شکلی از انرژی است. ژول با استفاده از نظریه‌های موجود بقای اندازۀ حرکت و بقای جرم، راه را بر ارائه قانون بقای انرژی می‌گشاید. مقاله‌ای را دربارۀ نظریه جنبشی گازها منتشر می‌کند، که در آن سرعت حرکت مولکولهای گازها را تخمین زده است. ژول و فیزیکدان اسکاتلندی ویلیام تامسون (1907 – 1824 م‌، که بعداً‌ به لرد کلوین مشهور می‌شود) در‌می‌یابند که اگر به گازی اجازۀ انبساط داده شود، دمای آن افت می‌کند. به این ترتیب فکر ساختن یخچال به وجود می‌آید.

قانون ژول

بنابر این قانون مقدار گرمایی كه از عبور جریان الكتریكی در یك مدار حاصل می شود متناسب با مجذور جریان الكتریكی و نیز مقاومت مدار است. او همچنین با ده سال زحمت توفیق یافت تعیین كند كه چه مقدار كار مكانیكی لازم است تا دمای واحد جرم آب را به اندازه یك درجه فارنهایت بالا ببرد.

کشف معادل مکانیکی گرما

(دستگاه برای اندازه گیری معادل مکانیکی گرما ژول. وزن نزولی متصل به یک رشته باعث دست و پا زدن غوطه ور در آب به چرخش و "کار" وزن در حال سقوط به "گرما" بوسیله تلاطم آب و بالا بردن دمای آن تبدیل شده است.)

در پایان قرن 18th غالب نظریه گرما، در حال حاضر منسوخ شده، نظریه کالری بود، با توجه به آن گرما شامل مایعی به نام کالری است که جریان از گرمتر به اجسام سردتر. کالری نیز به عنوان گاز وزن است که می تواند عبور در داخل و خارج از منافذ در جامدات و مایعات.

بنجامین تامسون، Rumford تعداد (1753 - 1814) فیزیکدان انگلیسی و مخترع آمریکایی که چالش های تئوری تاسیس فیزیکی بخشی از انقلاب قرن 19th در ترمودینامیک بود.

در حالی که برگزاری یک موقعیت را برای ارتش باواریا، آزمایش Rumford در تیر اندازی و مواد منفجره او را منجر به علاقه ای به حرارت. Rumford مقدار اصطکاکی زیادی از حرارت تولید شده توسط توپ برنج بشکه خسته کننده در زرادخانه در مونیخ مشاهده بود. Rumford بشکه توپ در آب غوطه ور شده و مرتب شده برای ابزار ویژه blunted خسته کننده به منظور تولید حرارت بیش از حد معمول است. او نشان داد که آب می تواند در عرض تقریبا دو و نیم ساعت جوشانده و به ظاهر پایان ناپذیر از تامین حرارت اصطکاکی تا زمانی بود که روند خسته کننده طول می کشد حرارت محل تولید می شود.

Rumford همچنین تایید کرد که هیچ تغییر فیزیکی در محل با مقایسه خاص گرم از مواد ماشین دور و باقی مانده مواد از توپ گرفته بود.

این یافته ها، Rumford، ناسازگار با نظریه کالری بودند، صحبت کردن در مورد مایعات و گازها در حال عبور از کنار مواد از هر چیزی است که می تواند بدون محدودیت تولید نمی تواند یک ماده ماده به عنوان یک مایع یا گاز کالری است. او ادعا که تنها چیزی است که آب را جوشانده، در آزمایشات توپ خود را، حرکت مته سوراخ در داخل بشکه و در نتیجه آن اصطکاک بود.

Rumford یافته های خود را در سال 1798 در پرس و جو تجربی خود را با توجه به منبع حرارت است که توسط اصطکاک به کار می برد، بسیار هیجان زده هستیم منتشر شده است، با این استدلال که در گرمای خود را آزمایش بود "کالری" اما فرم حرکت نیست.

تعداد Rumford مظنون است که هم ارزی بین گرما و کار مکانیکی با یک عامل تبدیل قطعی بین این دو وجود دارد.

با این حال، Rumford تلاش بیشتر مقدار گرمای تولید شده و یا برای اندازه گیری و یا محاسبه معادل مکانیکی گرما ساخته شده است.

اگرچه کار Rumford ملاقات با پذیرش خصمانه، آن را پس از آن مهم در ایجاد قوانین حفاظت از انرژی بعد از آن در قرن 19th.

نقش جیمز پرس کات ژول

جیمز پرسکات ژول (1818 - 1889)، فیزیکدان انگلیسی، در سال 1843 محاسبه شده است، چند دهه پس از آزمایشات توپ Rumford، معادل مکانیکی گرما در یک سری از آزمایشات است. در معروف ترین دستگاه او برای این منظور ساخته شده، در حال حاضر به نام دستگاه ژول (نگاه کنید به تصویر زیر)، وزن نزولی متصل به یک رشته باعث دست و پا زدن در آب غوطه ور به چرخش و حرارت آب است. ژول فرض کرد که انرژی پتانسیل گرانشی از دست داده وزن در نزولی برابر به انرژی حرارتی (گرما) را توسط آب با درگیری (اصطکاک) با دست و پا زدن به دست آورد.

در این آزمایش، اصطکاک و تحریک با دست و پا زدن، چرخ از بدن از آب، به دام افتاده در هر بشکه عایق، باعث گرما تولید می شود که به نوبه خود، افزایش درجه حرارت آب است. دما ΔT تغییر آب و ارتفاع از سقوط Δh وزن M * گرم ثبت شد. با استفاده از این ارزش ها، ژول قادر به تعیین معادل مکانیکی گرما بود.

به طور خاص، در مقدار کار مکانیکی تولید شده توسط اصطکاک مورد نیاز برای بالا بردن دمای یک پوند آب به میزان یک درجة فارنهایت ژول را تجربه کرده بود و یک مقدار سازگار از 772.24 پوند نیروی پا (در واحدهای انگلیسی) و یا 4.1550 J / کال (SI واحد) متریک در مقایسه با 4.1868 J / کال ارزش های مدرن - معنی که در سراسر 4.2 J به بالا بردن درجه حرارت 1G آب توسط 1 ° C مورد نیاز شد -. و این معادل مکانیکی گرما در واحد مربوطه خود را (ژول واحد پس از بار ژول معرفی شد (بعد از او) و او را به معادل مکانیکی گرما در واحدهای انگلیسی محاسبه شده است).

ژول ادعا که حرکت و حرارت دو طرف قابل تعویض بودند و در هر مورد، یک مقدار معین از کار (حرکت) به همان مقدار گرما تولید. علاوه بر این، او همچنین ادعا کرد که گرما را تنها یکی از اشکال مختلف انرژی (الکتریکی، مکانیکی، شیمیایی) و تنها در مجموع از همه اشکال حفظ شد. در غیر این صورت محاسبه معادل مکانیکی گرما بی معنی است.

در سال 1845، جیمز ژول آزمایش خود را در مقاله معادل مکانیکی گرما برای جلسه انجمن در کمبریج بریتانیا است.

موضوعات مورد علاقه

محصولات دیگر، مانند ژولیوس فون مایر لودویگ A. Colding،، همچنین کمک به طور مستقل به اندازه گیری و محاسبه معادل مکانیکی گرما در همان زمان به عنوان ژول و نتایج مشابه هم رسید، اما در پایان اعتباری رفت تا شاید به دلیل ژول سادگی و وضوح از آزمایش های خود و ایده های مربوط به این موضوع است.

مفهوم هم ارزی می گوید که حرکت و گرما (و انواع دیگری از انرژی) متقابلا قابل تعویض و در هر مورد، یک مقدار از کار داده شده همان مقدار گرما، تولید کار انجام شده به طور کامل تبدیل به گرما انرژی است. کسانی که از پیشگامان انرژی اولیه مانند ژول، مایر، Colding و دیگران هموار کرد راه را برای حفاظت از اصل انرژی، قطعی هرمان فون هلمهولتز در سال 1847 اظهار داشت، و ایجاد علم ترمودینامیک در قرن 19th.

ساخت دستگاه ژول و تکرار آزمایش ژول

قبل از شروع آزمایش ما، یک کمی در مورد واحدهای فیزیکی درگیر است. توضیح زیر اشاره به سیستم SI مدرن تر و محبوب تر از واحد است که می تواند با از هیچ تلاشی بسیار (همچنین با کمک از مبدل های آنلاین) واحدهای انگلیسی تبدیل شده در صورت نیاز.

کالری کالری کوچک و یا گرم (نماد: CAL) انرژی مورد نیاز برای افزایش دمای 1 گرم آب را 1 درجه سانتی گراد است این حدود 4.2 ژول است.

کالری بزرگ، کیلو کالری کالری یا مواد غذایی (نماد: CAL) انرژی مورد نیاز برای افزایش درجه حرارت، از مجموع 1 کیلو آب 1 درجه سانتی گراد است این دقیقا 1000 کالری کوچک یا حدود 4.2 انرژی هایی (4200 J) است.

در تلاش برای جلوگیری از سردرگمی، کالری بزرگ است که گاهی اوقات به عنوان کالری نوشته شده است (با C پایتخت). این کنوانسیون، با این حال، همیشه به دنبال آن است. این که آیا کالری های بزرگ و یا کوچک در نظر گرفته شده اغلب باید از متن استنباط شده است. هنگامی که در زمینه های علمی استفاده می شود، کالری اشاره به کالری گرم (کالری کوچک) است. با این حال، در زمینه های تغذیه، یک واحد بزرگتر مفید تر است. در زمینه کالری مدت می تواند انجام شود تا مراجعه به کیلو کالری (نماد: کیلوکالری) است.

1 ژول انرژی مصرف شده در اعمال یک نیروی یک نیوتن از فاصله یک متر (1 نیوتن • متر یا N • متر) است.

گرمایی ویژه آب = انرژی مورد نیاز برای افزایش دمای آب 1 ° C (با تعریف کالری) = 1 Cal یا 4.18 J (استنباط از معادل مکانیکی از ارزش حرارتی) از 1G. نگاهی در حساب که مواد دیگر و مایعات دارای مقادیر مختلف برای حرارت خاص خود را دارند.

دستگاه برای اندازه گیری معادل مکانیکی گرما ژول. وزن نزولی متصل به یک رشته باعث دست و پا زدن غوطه ور در آب به چرخش و "کار" وزن در حال سقوط به "گرما" بوسیله تلاطم آب و بالا بردن دمای آن تبدیل شده است.

ژول ساخته شده یک سری اندازه گیری نشان داد و متوجه شد که به طور متوسط وزن 772 پوند در حال سقوط را از طریق از راه دور یکی پا، بالا بردن دمای یک پوند آب به 1 ° F. 772 پوند یعنی حدود 350 کیلوگرم - نه عملی وزن با تجربه. بنابراین، ژول با استفاده از وزن کمتر از سقوط بیش از یک فاصله بزرگتر، تکرار چند بار.

به منظور افزایش دمای 1kg (1 لیتر) آب 1 ° C شما برخی J 4200، از انرژی تولید شده توسط بدن در حال سقوط نیاز است. با توجه به از دست دادن انرژی پتانسیل از بدن در حال سقوط 4200 = M * گرم * H که در آن G ثابت گرانش است که در حدود 10 متر / S 2 تا معادله ما می آید تا 4200 = 10M * H یا 420 = M * H. اگر ما می رویم به استفاده از یک جرم 1kg و رها کردن آن را از ارتفاع، از مجموع 1 متر، پس ما نیاز به تکرار این روش 420 بار در جهت به نتیجه این آزمایش است.

از این معادله ساده (420 = M * H) روشن است که افزایش جرم یا ساعت ارتفاع و یا با استفاده از دماسنج حساس با نمایشگر دیجیتال از 0.1 درجه سانتی گراد می گویند، با هیچ تلاشی بزرگ ما می توانیم تکرار مورد نیاز بسیار کمتر کاهش می دهد صد است.

ما باید در نظر میگیرد که مقداری از انرژی توسط اصطکاک وزن در حال سقوط با هوا، اصطکاک رشته / طناب از دست داده، و حرارت به بشکه عایق منتقل شده است. بنابراین، نتایج خود را کمی بالاتر از 4.18 J / C خواهد بود. بنابراین، باید در هر بشکه caped و عایق بندی شده تا حد امکان و دماسنج را از طریق دماغه اجازه تماس با هوای اتاق قرار داده است. و آزمایش باید حدود 25 ° C دمای اتاق انجام شده از مقادیر فیزیکی برای دمای اتاق تعریف شده است.