المكافئ الميكانيكي للحرارة

تتضمن هذه المقالة قائمة بالمراجع العامة ، لكنها تفتقر إلى الاستشهادات المضمنة الكافية . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة من خلال تقديم استشهادات أكثر دقة. ( يوليو 2014 ) ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة )

في تاريخ العلوم ، ينص المعادل الميكانيكي للحرارة على أن الحركة والحرارة قابلتان للتبادل وأنه في كل حالة، فإن كمية معينة من العمل ستولد نفس كمية الحرارة، بشرط أن يتم تحويل العمل المنجز بالكامل إلى طاقة حرارية. كان المعادل الميكانيكي للحرارة مفهومًا لعب دورًا مهمًا في تطوير وقبول الحفاظ على الطاقة وتأسيس علم الديناميكا الحرارية في القرن التاسع عشر. أدى اكتشافه المستقل والمتزامن من قبل جيمس بريسكوت جول وجوليوس روبرت فون ماير إلى نزاع على الأولوية .

كان بنيامين تومسون ، الكونت رمفورد، قد لاحظ الحرارة الاحتكاكية الناتجة عن مدفع الحفر في ترسانة الأسلحة في ميونيخ، بافاريا، حوالي عام 1797. غمر رمفورد برميل مدفع في الماء ورتب أداة حفر غير حادة بشكل خاص. أظهر أن الماء يمكن أن يغلي في غضون ساعتين ونصف تقريبًا وأن مصدر الحرارة الاحتكاكية كان لا ينضب على ما يبدو.

استنادًا إلى تجاربه، نشر " استقصاء تجريبي بشأن مصدر الحرارة المثارة بالاحتكاك "، (1798)، المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية ص 102. قدمت هذه الورقة العلمية تحديًا كبيرًا للنظريات الراسخة للحرارة وبدأت ثورة القرن التاسع عشر في الديناميكا الحرارية. ألهمت التجربة عمل جيمس بريسكوت جول في أربعينيات القرن التاسع عشر. كانت قياسات جول الأكثر دقة حول التكافؤ محورية في تأسيس النظرية الحركية على حساب النظرية الحرارية . اقترح يوليوس روبرت فون ماير أيضًا فكرة أن الحرارة والعمل متكافئان في عام 1842 في مجلة الفيزياء الألمانية الرائدة وبشكل مستقل من قبل جيمس بريسكوت جول في عام 1843، في مجلة الفيزياء البريطانية الرائدة. قام لودفيج أ. كولدينج بعمل مماثل في 1840-1843، على الرغم من أن عمل كولدينج لم يكن معروفًا كثيرًا خارج موطنه الدنمارك.

كان هناك بعض الأفكار ذات الصلة التي تقترب من نفس الخطوط نتيجة للتعاون بين نيكولا كليمنت وسادي كارنو في عشرينيات القرن التاسع عشر. ^[1] في عام 1845، نشر جول ورقة بحثية بعنوان "المكافئ الميكانيكي للحرارة"، حيث حدد قيمة عددية لكمية العمل الميكانيكي المطلوب لإنتاج وحدة من الحرارة. على وجه الخصوص، أجرى جول تجارب على كمية العمل الميكانيكي الناتج عن الاحتكاك اللازم لرفع درجة حرارة رطل من الماء بمقدار درجة فهرنهايت واحدة ووجد قيمة ثابتة تبلغ 778.24 قوة رطل قدم (4.1550  جول كالوري ^-1 ). زعم جول أن الحركة والحرارة قابلان للتبادل وأنه في كل حالة، فإن كمية معينة من العمل ستولد نفس الكمية من الحرارة. نشر فون ماير أيضًا قيمة عددية للمكافئ الميكانيكي للحرارة في عام 1845 ، لكن طريقته التجريبية لم تكن مقنعة.

على الرغم من أن القيمة القياسية البالغة 4.1860 جول كالوري ^-1 قد تم تحديدها في أوائل القرن العشرين، إلا أنه في عشرينيات القرن العشرين، تم إدراك أن الثابت هو ببساطة الحرارة النوعية للماء، وهي كمية تتغير مع درجة الحرارة بين قيم 4.17 و4.22 جول جرام ^-1 درجة مئوية ^-1 . وكان التغيير في الوحدة نتيجة لزوال السعرات الحرارية كوحدة في الفيزياء والكيمياء .

لقي كل من فون ماير وجول إهمالاً ومقاومة في البداية على الرغم من نشرهما في مجلات فيزياء أوروبية رائدة، ولكن بحلول عام 1847، كان العديد من العلماء البارزين في ذلك الوقت ينتبهون إلى ذلك. نشر هيرمان هلمهولتز في عام 1847 ما يُعتبر إعلانًا نهائيًا عن الحفاظ على الطاقة . لقد تعلم هلمهولتز من قراءة منشورات جول، على الرغم من أن هلمهولتز توصل في النهاية إلى منح كل من جول وفون ماير الأولوية.

في عام 1847 أيضًا، قدم جول عرضًا حضره عدد كبير من الحضور في الاجتماع السنوي للجمعية البريطانية لتقدم العلوم . وكان من بين الحاضرين ويليام تومسون . كان تومسون مفتونًا ولكنه متشكك في البداية. على مدار العامين التاليين، أصبح تومسون مقتنعًا بشكل متزايد بنظرية جول، واعترف أخيرًا بقناعته في المطبوعات عام 1851، وأعطى الفضل في نفس الوقت لفون ماير. تعاون تومسون مع جول، بشكل أساسي عن طريق المراسلة، حيث أجرى جول التجارب، وقام تومسون بتحليل النتائج واقتراح المزيد من التجارب. استمر التعاون من عام 1852 إلى عام 1856. وقد فعلت نتائجه المنشورة الكثير لإحداث قبول عام لعمل جول ونظرية الحركة .

ومع ذلك، في عام 1848، رأى فون ماير لأول مرة أوراق جول وكتب إلى الأكاديمية الفرنسية للعلوم لتأكيد الأولوية. نُشرت رسالته في Comptes Rendus وكان جول سريعًا في الرد. سمحت العلاقة الوثيقة بين تومسون وجول له بالانجرار إلى الجدل. خطط الثنائي أن يعترف جول بأولوية فون ماير لفكرة المكافئ الميكانيكي ولكن ليدعي أن التحقق التجريبي يقع على عاتق جول. انضم زملاء تومسون وزملاء العمل وأقاربه مثل ويليام جون ماكورن رانكين وجيمس تومسون وجيمس كليرك ماكسويل وبيتر جوثري تايت للدفاع عن قضية جول.

ومع ذلك، في عام 1862، ألقى جون تيندال ، في إحدى رحلاته العديدة في العلوم الشعبية والعديد من النزاعات العامة مع تومسون ودائرته، محاضرة في المعهد الملكي بعنوان "حول القوة ^{" [1]} حيث أشاد بفون ماير في تصور وقياس المكافئ الميكانيكي للحرارة. غضب تومسون وتايت، وحدث تبادل علني غير لائق للمراسلات على صفحات المجلة الفلسفية ، والمجلة الأكثر شعبية Good Words . حتى أن تايت لجأ إلى الدفاع عن قضية كولدينج في محاولة لتقويض فون ماير.

ورغم أن تيندال أعاد التأكيد على قضية فون ماير في كتابه "الحرارة: نمط الحركة " (1863) مع نشر مقال السير هنري إنفيلد روسكوي في مجلة إدنبرة بعنوان "الديناميكا الحرارية" في يناير/كانون الثاني 1864، فإن سمعة جول أصبحت مؤكدة في حين دخلت سمعة فون ماير فترة من الغموض.

1. ^ إن استخدام مصطلحات مثل العمل ، والقوة ، والطاقة ، والقدرة ، وما إلى ذلك في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر من قبل الباحثين العلميين لا يعكس بالضرورة الاستخدام الحديث الموحد.

• فوكو، إل . (1854) “ميكانيكية مكافئة للتدفئة. م. ماير، م. جول. غاز خاص بحجم ثابت. م. فيكتور ريجنولت، مجلة المناقشات السياسية والأدبية ، الخميس 8 يونيو
• لويد، جيه تي (1970). "خلفية الجدل حول جول-ماير". ملاحظات وسجلات الجمعية الملكية . 25 (2): 211-225. doi :10.1098/rsnr.1970.0030. S2CID  71802199.
• شارلين، هاي (1979). اللورد كلفن: العصر الفيكتوري الديناميكي . مطبعة جامعة ولاية بنسلفانيا. رقم ISBN 0-271-00203-4.، ص 154-155
• سميث، سي. (1998). علم الطاقة: تاريخ ثقافي لفيزياء الطاقة في بريطانيا الفيكتورية . مطبعة جامعة شيكاغو. رقم ISBN 0-226-76421-4.
• سميث، سي. (2004) "جول، جيمس بريسكوت (1818-1889)"، قاموس أكسفورد للسيرة الوطنية ، مطبعة جامعة أكسفورد، <http://www.oxforddnb.com/view/article/15139، تاريخ الوصول 27 يوليو 2005> (يتطلب الاشتراك)
• Zemansky, MW (1968) الحرارة والديناميكا الحرارية: كتاب مدرسي متوسط ​​المستوى ، McGraw-Hill، ص 86-87

• الوسائط المتعلقة بالمكافئ الميكانيكي للحرارة في ويكيميديا ​​كومنز