Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Ғылым тарихында жылудың механикалық баламасы қозғалыс пен жылу өзара алмасатын және әрбір жағдайда берілген жұмыс көлемі жылу энергиясына толық түрлендірілген жағдайда бірдей жылуды тудыратын болады деп айтады. Жылудың механикалық баламасы - 19-ғасырда энергияны сақтау теориясының дамуы мен қабылдануында және термодинамика ғылымының қалыптасуында маңызды рөл атқарған ұғым. Оның Джеймс Прескотт Джоуль және Джулиус Роберт фон Майердің тәуелсіз және бір мезгілде ашылуы басымдық туралы дау тудырды.
In the history of science, the mechanical equivalent of heat states that motion and heat are mutually interchangeable and that in every case, a given amount of work would generate the same amount of heat, provided the work done is totally converted to heat energy. The mechanical equivalent of heat was a concept that had an important part in the development and acceptance of the conservation of energy and the establishment of the science of thermodynamics in the 19th century. Its independent and simultaneous discovery by James Prescott Joule and by Julius Robert von Mayer led to a priority dispute.
Тарих және басымдық туралы дау
Бенджамин Томпсон, граф Рамфорд, 1797 жылы Баварияның Мюнхен қаласында арсеналда тоқушы оқпен пайда болған фрикциялық жылуды байқаған. Рамфорд оқтың оқ атуын суға батырып, арнайы тозығы төмен тоқу құралын дайындаған. Ол суды шамамен екі жарым сағат ішінде қайнатуға болатынын және ыстыққа толы ыстықтың сарқылуының шексіз екендігін көрсетті. Өзінің тәжірибелеріне сүйене отырып, ол "Қысылыс әсерінен қозылған жылудың қайнар көзіне қатысты тәжірибелік зерттеу" (1798), Корольдік қоғамның философиялық мәмілелері, 102 б. Бұл ғылыми еңбек жылудың қалыптасқан теорияларына үлкен сын болды және термодинамикадағы 19 ғасырлық революцияны бастады. Бұл эксперимент 1840 жылдары Джеймс Прескотт Джоульдің жұмысына ықпал етті. Джоульдің эквиваленттілік туралы нақты өлшемдері калория теориясының есебінен кинетикалық теорияны құруда маңызды болды. Жылу мен жұмыстың тең екендігі туралы идеяны 1842 жылы жетекші неміс физикалық журналында Джулиус Роберт фон Майер және 1843 жылы жетекші британдық физикалық журналда Джеймс Прескотт Джоул өз бетінше ұсынды. Осыған ұқсас жұмысты 1840-1843 жылдары Людвиг А. Колдинг жүргізді, бірақ Колдингтің жұмысы өзінің туған елінен тыс жерлерде танымал емес еді. 1820-жылдары Николас Клемент пен Сади Карноның ынтымақтастығы ұқсас ойларға ие болды. 1845 жылы Джоуль "Жылудың механикалық эквиваленті" атты мақаласын жариялады. Атап айтқанда, Джоуль судың фунт температурасын бір градус Фаренгейтке көтеру үшін қажетті сүргі арқылы туындаған механикалық жұмыстың мөлшерін тәжірибеден өткізді және 778,24 фут фунт күштің (4.1550 Дж·каль−1) тұрақты мәнін тапты. Джоуль қозғалыс пен жылу бір-бірімен алмаса алады деп, әр жағдайда берілген жұмыс мөлшері бірдей жылуды тудырады деп мәлімдеді. Фон Майер 1845 жылы жылудың механикалық эквивалентінің сандық мәнін жариялады, бірақ оның тәжірибелік әдісі сендірмеді. 20-ғасырдың басында 4.1860 Дж·кал−1 стандартталған мәні орнатылғанымен, 1920-шы жылдары тұрақтының судың меншікті жылулығы екенін, температураның 4.17 және 4.22 Дж·г−1°С−1 мәндері арасында өзгеріп отыратын шама екенін ұқты. Бірлік өзгеруі физика мен химиядағы бірлік ретінде калорияның жойылуының нәтижесі болды. Фон Майер де, Джоуль де Еуропаның жетекші физикалық журналдарында жариялағандарына қарамастан, бастапқыда назардан тыс қалдырылды және қарсылық білдірілді, бірақ 1847 жылға қарай сол кездегі көптеген жетекші ғалымдар назар аударды. Герман Гельмгольц 1847 жылы энергияның сақталуы туралы түпкілікті декларация деп саналатынды жариялады. Гельмгольц Джоульдің жарияланымдарын оқып үйренген, бірақ Гельмгольц ақырында Джоуль мен фон Майердің басымдылығын мойындады. Сондай-ақ 1847 жылы Джоуль Британдық ғылымды дамыту қауымдастығының жыл сайынғы кездесуінде көпшілік тыңдаған баяндама жасады. Олардың арасында Уильям Томсон да болды. Томсонның бұл сөздері таңғалдырды, бірақ ол басында күмәнмен қарады. Келесі екі жылда Томсон Джоуль теориясына деген сенімі арта түсті, ақыры 1851 жылы баспа бетінде өзінің сеніміне мойынсұнып, бір мезгілде фон Майерді де мойындады. Томсон Джоульмен, негізінен хат арқылы, тәжірибелер жүргізген, Томсон нәтижелерді талдап, одан әрі тәжірибелер ұсынған. Бұл ынтымақтастық 1852 жылдан 1856 жылға дейін жалғасты. Оның жариялаған нәтижелері Джоульдің еңбегі мен кинетикалық теорияның жалпыға танылуына үлкен ықпал етті. Алайда 1848 жылы фон Майер Жоулдың еңбектерін алғаш рет көріп, француз ғылым академиясына басымдық беру туралы хат жазды. Оның хаты Comptes Rendus журналында жарияланды және Джоуль тез әрекет етті. Томсонның Джоульмен тығыз қарым-қатынасы оны даулы мәселеге тартуға мүмкіндік берді. Жұп Джулдың механикалық эквивалент идеясы үшін фон Майердің басымдығын мойындайтынын, бірақ эксперименттік тексеру Джулға байланысты екенін мәлімдейді. Томсонның әріптестері, әріптестері және туыстары Уильям Джон Маккуорн Ранкин, Джеймс Томсон, Джеймс Клерк Максвелл және Питер Гатри Тейт Джоульдің ісіне қосылды. Алайда, 1862 жылы Джон Тиндалл, оның көптеген экскурсияларының бірінде танымал ғылымға және Томсонмен және оның шеңберіндегі көптеген қоғамдық дауларға қатысты, Корольдік институтта "Құзғалыс туралы" атты дәріс берді. Томсон мен Тейт ашуланды, және қадірсіз ашық хат алмасу Философиялық журналдың беттерінде және әлдеқайда танымал Жақсы сөздер. Тейт тіпті Фон Майерді әлсірету үшін Колдингтің мүддесін қорғауға кірісті. Тиндалл 1864 жылы қаңтарда сэр Генри Энфилд Росконың Эдинбург ревью мақаласы Т�...
Benjamin Thompson, Count Rumford, had observed the frictional heat generated by boring cannon at the arsenal in Munich, Bavaria, circa 1797 Rumford immersed a cannon barrel in water and arranged for a specially blunted boring tool. He showed that the water could be boiled within roughly two and a half hours and that the supply of frictional heat was seemingly inexhaustible. Based on his experiments, he published "An Experimental Enquiry Concerning the Source of the Heat which is Excited by Friction", (1798), Philosophical Transactions of the Royal Society p. 102. This scientific paper provided a substantial challenge to established theories of heat and began the 19th century revolution in thermodynamics. The experiment inspired the work of James Prescott Joule in the 1840s. Joule's more exact measurements on equivalence were pivotal in establishing the kinetic theory at the expense of the caloric theory. The idea that heat and work are equivalent was also proposed by Julius Robert von Mayer in 1842 in the leading German physics journal and independently by James Prescott Joule in 1843, in the leading British physics journal. Similar work was carried out by Ludwig A. Colding in 1840–1843, though Colding's work was little known outside his native Denmark. A collaboration between Nicolas Clément and Sadi Carnot in the 1820s had some related thinking near the same lines. In 1845, Joule published a paper entitled "The Mechanical Equivalent of Heat", in which he specified a numerical value for the amount of mechanical work required to produce a unit of heat. In particular Joule had experimented on the amount of mechanical work generated by friction needed to raise the temperature of a pound of water by one degree Fahrenheit and found a consistent value of 778.24 foot pound force (4.1550 J·cal−1). Joule contended that motion and heat were mutually interchangeable and that, in every case, a given amount of work would generate the same amount of heat. Von Mayer also published a numerical value for mechanical equivalent of heat in 1845 but his experimental method wasn't as convincing. Though a standardised value of 4.1860 J·cal−1 was established in the early 20th century, in the 1920s, it was ultimately realised that the constant is simply the specific heat of water, a quantity that varies with temperature between the values of 4.17 and 4.22 J·g−1·°C−1. The change in unit was the result of the demise of the calorie as a unit in physics and chemistry. Both von Mayer and Joule met with initial neglect and resistance despite having published in leading European physics journals, but by 1847, a lot of leading scientists of the day were paying attention. Hermann Helmholtz in 1847 published what is considered a definitive declaration of the conservation of energy. Helmholtz had learned from reading Joule's publications, though Helmholtz eventually came around to crediting both Joule and von Mayer for priority. Also in 1847, Joule made a well attended presentation at the annual meeting of British Association for the Advancement of Science. Among those in attendance was William Thomson. Thomson was intrigued but initially skeptical. Over the next two years, Thomson became increasingly convinced of Joule's theory, finally admitting his conviction in print in 1851, simultaneously crediting von Mayer. Thomson collaborated with Joule, mainly by correspondence, Joule conducting experiments, Thomson analysing the results and suggesting further experiments. The collaboration lasted from 1852 to 1856. Its published results did much to bring about general acceptance of Joule's work and the kinetic theory. However, in 1848, von Mayer had first had sight of Joule's papers and wrote to the French Académie des Sciences to assert priority. His letter was published in the Comptes Rendus and Joule was quick to react. Thomson's close relationship with Joule allowed him to become dragged into the controversy. The pair planned that Joule would admit von Mayer's priority for the idea of the mechanical equivalent but to claim that experimental verification rested with Joule. Thomson's associates, co workers and relatives such as William John Macquorn Rankine, James Thomson, James Clerk Maxwell, and Peter Guthrie Tait joined to champion Joule's cause. However, in 1862, John Tyndall, in one of his many excursions into popular science and many public disputes with Thomson and his circle, gave a lecture at the Royal Institution entitled On Force in which he credited von Mayer with conceiving and measuring the mechanical equivalent of heat. Thomson and Tait were angered, and an undignified public exchange of correspondence took place in the pages of the Philosophical Magazine, and the rather more popular Good Words. Tait even resorted to championing Colding's cause in an attempt to undermine von Mayer. Though Tyndall again pressed von Mayer's cause in Heat: A Mode of Motion (1863) with the publication of Sir Henry Enfield Roscoe's Edinburgh Review article Thermo Dynamics in January 1864, Joule's reputation was sealed while that of von Mayer entered a period of obscurity.