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.

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�...