Q V = c V m δ t = 0,1690 ккал / (кг # x2219; ° С) # X2219; 1,293 кг # X2219; 1 ° С = 0,2185 ккал.
Різниця між цими значеннями кількості теплоти Q = Q 1 - Q 2 становить 0,0886 кал. За рахунок цієї кількості теплоти газ при розширенні при постійному тиску зробив роботу 370,758 Дж. Таким чином, кількість теплоти 0,0886 ккал еквівалентно роботі 370,758 Дж. Звідси механічна робота, еквівалентна 1 ккал, дорівнює 4185 Дж.
Отримана величина називається механічним еквівалентом теплоти. Механічний еквівалент теплоти - це така робота, вчинення якої дозволяє змінити внутрішню енергію тіла на стільки ж, на скільки її змінює передача цього тіла кількості теплоти 1 ккал.
Досліди Джеймса Прескотта Джоуля (1818-1889)
Мал. 4. Установка Ленца
Пізніше Джоуль узагальнив закон на електроліти:
«Коли, - писав Джоуль, - будь-який гальванічне пристрій, будь воно простим або складним, пропускає електричний струм через будь-яка речовина, будь то електроліт чи ні, загальна гальванічна теплота, що утворюється в будь-який час, пропорційна добутку кількості атомів, які піддаються електролізу в кожному елементі ланцюга, і дійсної потужності батареї. Якщо в ланцюзі присутній елемент, дія якого заснована на реакції розкладання, дійсна потужність батареї знижується пропорційно її опору електролізаціі ».
Досліджуючи тепло, що виділяється в процесі горіння, Джоуль прийшов до висновку, що воно пропорційно хімічному спорідненості елемента з киснем.
У 1843 р був проведений експеримент, який дозволив експериментально визначити значення механічного еквівалента теплоти.
Мал. 5. Установка Джоуля
Установка досвіду Джоуля складалася з мідної посудини (калориметр), що закривається мідної герметично пригвинчується до посудини кришкою. У кришці були дві трубки: в першу трубку вставляли термометр, в другу трубку поміщали дерев'яний стрижень, на який були насаджені лопатки. Рухомі лопатки перемежовувалися з нерухомими для збільшення сили тертя. Посудина заповнювали водою, а лопатки приводили в обертання. Через тертя вода і лопатки нагрівалися. В обертання лопатки наводилися за допомогою двох потужних вантажів, підвішених через блоки на тонкому шпагаті. Опускаючись, вантажі розкручували центральний вал, який обертав стрижень з лопатками. Теплоізоляція була мінімальною - посудину встановлювався на дерев'яну підставку, в якій були щілини. Дослід проводився в просторому підвалі, в якому були відсутні коливання температури.
Мал. 6. Схема установки Джоуля
На початку експерименту центральний вал був прикріплений до стрижня, вантажі утримували в підвішеному стані за допомогою рами, визначали їх положення над поверхнею Землі і вимірювали початкову температуру води. Потім вал звільняли, він починав розкручуватися і обертався до тих пір, поки вантажі не досягали статі лабораторії. Вони переміщалися на відстань приблизно 63 дюйма. Лопатки при цьому оберталися, і вода в посудині нагрівалася. Її температуру вимірювали. Після цього вал знову встановлювали на підставку, вантажі піднімали, а потім відпускали. Досвід повторювали 20 разів, вимірюючи температуру на початку, в середині і в кінці кожного експерименту. За годину роботи температура підвищувалася приблизно на 0,5 ° С.
Джоуль обчислював роботу, яка була зроблена при переміщенні гир і кількість теплоти, отриманої посудиною, водою в посудині, лопатками і ін. Потім він порівняв це кількість теплоти і роботу, здійснену при падінні гир. Ставлення досконалої роботи (A) до кількості теплоти (Q), т. Е. Механічний еквівалент теплоти (A / Q) вийшов рівним 4,5 Дж / кал. Згодом значення цієї величини визначалося іншими методами, наприклад, при вимірюванні кількості теплоти, що виділяється при продавлюванні води крізь вузькі труби, і уточнювалося. Зараз його приймають рівним 4,18 Дж / кал.
Таким чином, Джоуль показав, якщо нагрівати тіло, совршая над ним механічну роботу, кількість теплоти, отриманої тілом, пропорційно кількості витраченої роботи і не залежить від способу, яким ця робота проведена.