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焦耳热功当量实验

焦耳所做的证明热和功有相当性的实验。在这个实验中,焦耳测得热功当量的平均值为428.9千克・米/千卡,和现在公认值427千克・米/千卡非常接近。

焦耳热功当量实验基本信息

焦耳热功当量实验实验背景

在19世纪40年代,“热质说”风行一时,焦耳认为热质并不存在,热是能的 一种形式,为此他做了大量实验。1840年以后,焦耳多次发表文章,先后介绍了四种测定热 功当量的方法,其中之一就是用通电金属丝放在水中加热。根据电流做的功和水获得的热量 来计算当量。

他发现:通电导体所产生的热量,跟电流强度的平方、导体电阻和通电时间成 正比。这就是后来以他的名字命名的焦耳定律。在测定热功当量的实验中,最著名的是1845 年发表的用摩擦加热液体的实验,也就是焦耳热功当量实验。

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焦耳热功当量实验造价信息

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焦耳热功当量实验基础性实验

J.P.焦耳从1840年起,持续几十年时间,用电量热法和机械量热法,做了大量实验,得出结论:热功当量是一个普适常数,同作功方式无关。从而证明了机械能(功)和电能(功)同热量之间的转换关系;论证了传热是能量传递的一种形式;为确认能量守恒和转换定律的正确性打下了坚实的实验基础。1840年焦耳发现,导体内通以稳定电流后,产生的热量Q同电流强度I的二次方、导线电阻R及通电的时间t成正比,即同电流所作的功W 成正比

W=JQ。

比例系数J表示产生1卡热量所需作的功,称热功当量。其实验装置容器由绝热壁构成,电流作功使水的内能增加,从而水温升高。用温度计可测出温差ΔT。使用简单定义的使 1克水温度升高1摄氏度所需热量作为量热单位(卡),则水的比热容为c=1cal/(g·℃),当知道水的质量m后,即可由Q=сmΔT确定所传递的热量同电流所作的功W 间的关系式(W=JQ),并定出热功当量J。这种测量热功当量的方法叫电量热法。

焦耳还用机械量热法来测定热功当量。重砝码缓慢匀速下降,带动轮轴和转轴使翼轮搅拌水,功转变为热,使水温升高。由温度计测出搅拌前后水的温差而算出热量Q。转变为热能的机械功W可由砝码下降的距离算出。由W=JQ公式又可测定热功当量。焦耳测定热功当量的实验是在英国曼彻斯特进行的,其结果是使1磅水升高1华氏度需作功772英尺磅,这相当于1卡=4.157J。

国际公认的精确值是

J=4.186 8J/cal=4.184 0J/calth

其中cal和calth分别表示国际蒸汽表卡和热化学卡。

国际单位制中已经规定热量的单位为焦耳,卡暂时仍作为同焦耳并用的单位。热功当量这个词也将逐渐被废除,但焦耳热功当量实验的历史意义,将是永存的。2100433B

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焦耳热功当量实验实验介绍

焦耳在电机线圈的转轴上绕两根细线,分别跨过相距27"_blank" href="/item/定滑轮/5088499" data-lemmaid="5088499">定滑轮后垂挂几英磅重的砝码。线圈浸在量热器的水中。由砝码下落距离可算出机械功大小,由水温变化可算出热量多少。

1843年他得到热功当量为4.511焦耳/卡(现代公认值为4.187焦耳/卡)。后经改进实验,他又得到热功当量为4.145焦耳/卡。1849年他对各种测定数据进行分析,得到数值为4.154焦耳/卡的结论。

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焦耳热功当量实验常见问题

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焦耳热功当量实验文献

集成电路互连铝通孔焦耳热效应的分析与模拟仿真 集成电路互连铝通孔焦耳热效应的分析与模拟仿真

集成电路互连铝通孔焦耳热效应的分析与模拟仿真

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对超大规模集成电路铝互连系统中的铝通孔电迁移进行了试验分析和模拟。以通孔开路为电迁移失效判据,求出了在加速条件下互连铝通孔的电迁移寿命;基于ANSYS模拟软件平台,对铝通孔电迁移热电耦合效应进行了模拟。仿真结果表明通孔最高温度比环境温度高出9.576K,与通孔自热效应理论模型算出的结果基本一致。考虑该温度修正后通孔电迁移寿命与实际值更接近。该工作对铝通孔电迁移的研究和寿命评价具有重要的实际意义。

盈速粒涂料隔热深的当量热阻值分析计算(于瑞) 盈速粒涂料隔热深的当量热阻值分析计算(于瑞)

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1 盈速粒涂料隔热效果的当量热阻值分析计算 一、综合温度作用分析 (一)、太阳辐射照度 J 取值。海口市夏季最热日有日照时间的计算 值 南墙 113W/㎡ 东(西墙) 274W/㎡ 北墙 159 W/㎡ 水平面 573 W/㎡ (二)、综合温度计算值 不加涂刷层时 =0.7 加涂刷时 =1-0.83=0.17 (0.83——盈速粒表面太阳反射比) t e=36.3℃ t= t e+ i J 19i 计算式 综合温度℃ 南 东西 北 水平面 不加涂层时 t e+0.7J/19=0.0368J 40.46 46.38 42.15 57.39 加涂层后 t e'+0.17J/19 =0.00895J 37.31 38.75 37.72 41.43 温差 △t e= t e- t e' 3.15 7.63 4.43 15.96 (三)、传热

焦耳实验简介

焦耳实验是1850年焦耳首先测定热功当量的实验。

盛在绝热容器内的水,由于砝码的下落带动桨叶旋转。而使水温升高。如果砝码下落所作的功为ΔW,使容器中质量为m的水升高温度为ΔT,那么与ΔW相当的热量ΔQ应为ΔQ=CmΔT式中C是水的比热,根据实验测得的ΔT,可将ΔQ计算出来;ΔW可以根据砝码的质量和下落的距离算出。根据实验所得数据。计算所得结果,这就是测热功当量的焦耳实验。2100433B

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热功当量发现人

热功当量背景知识

18世纪,人们对热的本质的研究走上了一条弯路,“热质说”在物理学史上统治了一百多年。虽然曾有一些科学家对这种错误理论产生过怀疑,但人们一直没有办法解决热和功的关系的问题,是英国自学成才的物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳为最终解决这一问题指出了道路。

热功当量个人履历

焦耳(James P. Joule,1818年—1889年),英国物理学家。是最先用科学实验确立能量守恒和转化定律的人。1818年12月24日焦耳出生于英国曼彻斯特的索福特,他的父亲是一个酿酒厂主。焦耳自幼跟随父亲参加酿酒劳动,没有受过正规的教育。

青年时期,在别人的介绍下,焦耳认识了著名的化学家道尔顿。道尔顿给予了焦耳热情的教导。焦耳向他虚心学习了数学、哲学和化学,这些知识为焦耳后来的研究奠定了理论基础。而且道尔顿教会了焦耳理论与实践相结合的科研方法,激发了焦耳对化学和物理的兴趣。

热功当量入门经历

焦耳最初的研究方向是电磁机,他想将父亲的酿酒厂中应用的蒸汽机替换成电磁机以提高工作效率。1837年,焦耳装成了用电池驱动的电磁机,但由于支持电磁机工作的电流来自锌电池,而锌的价格昂贵,用电磁机反而不如用蒸汽机合算。焦耳的最初目的虽然没有达到,但他从实验中发现电流可以做功,这激发了他进行深入研究的兴趣。

热功当量试验过程

1840年,焦耳把环形线圈放入装水的试管内,测量不同电流强度和电阻时的水温。通过这一实验,他发现:导体在一定时间内放出的热量与导体的电阻及电流强度的平方之积成正比。四年之后,俄国物理学家楞次公布了他的大量实验结果,从而进一步验证了焦耳关于电流热效应之结论的正确性。因此,该定律称为焦耳-楞次定律。

焦耳总结出焦耳-楞次定律以后,进一步设想电池电流产生的热与电磁机的感生电流产生的热在本质上应该是一致的。1843年,焦耳设计了一个新实验。将一个小线圈绕在铁芯上,用电流计测量感生电流,把线圈放在装水的容器中,测量水温以计算热量。这个电路是完全封闭的,没有外界电源供电,水温的升高只是机械能转化为电能、电能又转化为热的结果,整个过程不存在热质的转移。这一实验结果完全否定了热质说。

上述实验也使焦耳想到了机械功与热的联系,经过反复的实验、测量,焦耳终于测出了热功当量,但结果并不精确。1843年8月21日在英国学术会上,焦耳报告了他的论文《论电磁的热效应和热的机械值》,他在报告中说1千卡的热量相当于460千克米的功。他的报告没有得到支持和强烈的反响,这时他意识到自己还需要进行更精确的实验。

1844年,焦耳研究了空气在膨胀和压缩时的温度变化,他在这方面取得了许多成就。通过对气体分子运动速度与温度的关系的研究,焦耳计算出了气体分子的热运动速度值,从理论上奠定了波义耳-马略特和盖-吕萨克定律的基础,并解释了气体对器壁压力的实质。焦耳在研究过程中的许多实验是和著名物理学家威廉·汤姆孙(后来受封为开尔文勋爵)共同完成的。在焦耳发表的97篇科学论文中有20篇是他们的合作成果。当自由扩散气体从高压容器进入低压容器时,大多数气体和空气的温度都要下降,这一现象就是两人共同发现的。这一现象后来被称为焦耳-汤姆孙效应。

无论是在实验方面,还是在理论上,焦耳都是从分子动力学的立场出发进行深入研究的先驱者之一。

在从事这些研究的同时,焦耳并没有间断对热功当量的测量。1847年,焦耳做了迄今认为是设计思想最巧妙的实验:他在量热器里装了水,中间安上带有叶片的转轴,然后让下降重物带动叶片旋转,由于叶片和水的摩擦,水和量热器都变热了。根据重物下落的高度,可以算出转化的机械功;根据量热器内水的升高的温度,就可以计算水的内能的升高值。把两数进行比较就可以求出热功当量的准确值来。

焦耳还用鲸鱼油代替水来做实验,测得了热功当量的平均值为423.9千克·米/千卡。接着又用水银来代替水,不断改进实验方法,直到1878年,这时距他开始进行这一工作将近40年了,他已前后用各种方法进行了400多次的实验。他在1849年用摩擦使水变热的方法所得的结果跟1878年的是相同的,即为423.9千克·米/千卡。一个重要的物理常数的测定,能保持30年而不作较大的更正,这在物理学史上也是极为罕见的事。这个值当时被大家公认为热功当量

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热功当量意义

在没有认识热的本质以前,热量、功、能量的关系并不清楚,所以它们用不同的单位来表示。热量的单位用卡路里,简称卡。18世纪末,人们认识了热与运动有关。这为后来焦耳研究热与功的关系开辟了道路。焦耳认为热量和功应当有一定的当量关系,即热量的单位卡和功的 单位焦耳间有一定的数量关系。他从1840年开始,到1878年近40年的时间内,利用电热量热法和机械量热法进行了大量的实验,最终找出了热和功之间的当量关系。如果用W表示电功或机械功,用Q表示这一切所对应的热量,则功和热量之间的关系可写成W=JQ,J即为热功当量。在1843年,焦耳用电热法测得的J值大约为4.568焦/卡;用机械方法测得的J值大约为4.165焦/卡。以后焦耳又分别在1845年、1847年、1850年公布了他进一步测定的结果,最后在1878年公布的结果为J=4.157焦/卡。以后随着科学仪器的进一步发展,其他科学家又做了大量的验证。公认的热功当量值为:在物理学中J=4.1868焦/卡(其中的"卡"叫国际蒸汽表卡);在化学中J=4.1840焦/卡(其中的"卡"叫热化学卡)。

国际单位已统一规定功、热量、能量的单位都用焦耳,热功当量就不存在了。但是,热功当量的实验及其具体数据在物理学发展史上所起的作用是永远存在的。焦耳的实验为能量转化与守恒定律奠定了基础。

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