Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
В истории науки, механический эквивалент тепла утверждает, что движение и тепло взаимно взаимозаменяемы и что в любом случае, данное количество работы будет генерировать такое же количество тепла, при условии, что выполненная работа полностью преобразована в тепловую энергию. Механический эквивалент тепла был концепцией, которая сыграла важную роль в развитии и принятии принципа сохранения энергии и создании науки о термодинамике в 19 веке. Его независимое и одновременное открытие Джеймсом Прескоттом Джоулем и Джулиусом Робертом фон Майером привело к спору о приоритете.
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.
История и спор о приоритете
Бенджамин Томпсон, граф Рамфорд, наблюдал трение, создаваемое отбойным орудием на арсенале в Мюнхене, Бавария, около 1797 года Рамфорд погрузил пушечный ствол в воду и пристроил специально тупой отбойный инструмент. Он показал, что воду можно было прокипятить примерно за два с половиной часа, и что источник тепла трения, казалось бы, неисчерпаем. На основе своих экспериментов он опубликовал "Экспериментальное исследование о источнике тепла, возбуждаемого трением" (1798), Философские транзакции Королевского общества, стр. 102. Эта научная статья стала серьезной проблемой для утвержденных теорий тепла и начала революцию в термодинамике в 19 веке. Эксперимент вдохновил работу Джеймса Прескотта Джюля в 1840-х годах. Более точные измерения эквивалентности Джоуля сыграли ключевую роль в установлении кинетической теории за счет калорической теории. Идея о том, что тепло и работа эквивалентны, была также предложена Джулиусом Робертом фон Майером в 1842 году в ведущем немецком физическом журнале и независимо от него Джеймсом Прескоттом Джоулем в 1843 году в ведущем британском физическом журнале. Подобная работа была выполнена Людвигом А. Колдингом в 1840-1843 годах, хотя работа Колдинга была мало известна за пределами его родной Дании. В сотрудничестве между Николасом Клементом и Сади Карно в 1820-х годах были некоторые связанные мысли, близкие к тем же линиям. В 1845 году Джоул опубликовал статью под названием "Механический эквивалент тепла", в которой он указал числовое значение для количества механической работы, необходимой для производства единицы тепла. В частности, Джоул экспериментировал с количеством механической работы, генерируемой трением, необходимого для повышения температуры фунта воды на один градус по Фаренгейту, и обнаружил последовательное значение силы 778,24 фута фунта (4,1550 Дж·каль−1). Джоул утверждал, что движение и тепло взаимно взаимозаменяемы и что в каждом случае, за данное количество работы будет генерироваться одинаковое количество тепла. В 1845 году фон Майер опубликовал числовое значение механического эквивалента тепла, но его экспериментальный метод оказался менее убедительным. Хотя стандартизированное значение 4,1860 Дж·каль−1 было установлено в начале 20-го века, в 1920-х годах в конечном итоге было понято, что константа - это просто удельная теплота воды, величина, которая варьируется с температурой между значениями 4,17 и 4,22 Дж·г−1°С−1. Изменение единицы было результатом исчезновения калории как единицы в физике и химии. И фон Майер, и Джоул столкнулись с первоначальным пренебрежением и сопротивлением, несмотря на публикации в ведущих европейских физических журналах, но к 1847 году многие ведущие ученые того времени обратили внимание. Герман Гельмгольц в 1847 году опубликовал то, что считается окончательной декларацией сохранения энергии. Гельмгольц учился на чтении публикаций Джоуля, хотя в конечном итоге Гельмгольц пришел к тому, чтобы признать приоритетность как Джоуля, так и фон Майера. Также в 1847 году Джоуль выступил с презентацией на ежегодном собрании Британской ассоциации содействия развитию науки. Среди присутствовавших был Уильям Томсон. Томсон был заинтригован, но сначала скептически относился к этому. В течение следующих двух лет Томсон становился все более убежденным в теории Джоуля, наконец, признавая свою убежденность в печати в 1851 году, одновременно приписывая фон Майеру. Томсон сотрудничал с Джоулем, в основном по переписке, Джоуль проводил эксперименты, Томсон анализировал результаты и предлагал дальнейшие эксперименты. Сотрудничество продолжалось с 1852 по 1856 год. Его опубликованные результаты способствовали общему признанию работы Джоуля и кинетической теории. Однако в 1848 году фон Майер впервые увидел работы Джоуля и написал французской Академии наук, чтобы подтвердить приоритет. Его письмо было опубликовано в Comptes Rendus, и Джоуль быстро отреагировал. Тесные отношения Томсона с Джоулем позволили ему оказаться втянутым в спор. Пара планировала, что Джоул признает приоритет фон Майера для идеи механического эквивалента, но утверждает, что экспериментальная проверка зависела от Джоула. Сотрудники Томсона, коллеги и родственники, такие как Уильям Джон Маккуорн Рэнкин, Джеймс Томсон, Джеймс Клерк Максвелл и Питер Гатри Тейт, присоединились к делу Джоуля. Однако в 1862 году Джон Тиндалл, в одной из своих многочисленных экскурсий в науку и многочисленных публичных споров с 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.