Физика для любознательных. Том 2. Наука о Земле и Вселенной. Молекулы и энергия - [155]

_{- Охлаждение сжатого воздуха при расширении в атмосферу ∙ 4,31}

_{- Паровая машина (переход теплоты в механическую энергию). Арендовалась заводская паровая машина, для которой определялось полное количество тепла, переданное топкой пару; далее вычислялись затраты тепла на излучение, в конденсаторе и т д. и определялась полученная механическая энергия ∙ (4,12-4,23)}

_{∙ 1858 ∙ Фавр}

_{Трение металлов в ртути ∙ 4,05} 

_{∙ 1857–1859 ∙ Вебер, Фавр, Зильберман, Джоуль, Боша, Ленц и Вебер} 

_{Косвенные электрические методы. Измерялась теплота, выделяемая током в проводах или в химических батареях. Оценка механической энергии производилась косвенно по электрическим приборам (амперметру, вольтметру и/или омметру). Электрические единицы еще не были твердо установлены, так что результат ненадежен ∙ (3,9; 4,2; 4,2; 4,2; 4,1; 4,1; 3,9–4,7)}

_{∙1865 ∙ Эдлунд} 

_{Расширение и сжатие металлов ∙ 4,35; 4,21; 4,30} 

_{∙1867 ∙ Джоуль}

_{Количество тепле, выделенного известным током на известном сопротивлении ∙ 4,22}

_{∙1867 ∙ Вебер}

_{То же ∙ 4,21} 

_{∙1870 ∙ Виолле} 

_{Вращающийся в магнитном поле диск нагревался вихревыми электрическими токами. Измерялся механический момент и выделение тепла ∙ 4,26; 4,26; 4,27}

_{∙ 1875 ∙ Пулуй} 

_{Трение металлов ∙ (4,167-4,180)} 

_{∙1878 ∙ Джоуль}

_{Перемешивание воды крыльчаткой; усовершенствованная установка (среднее из 34 опытов) ∙ 4,158 (5)}

* * *

Тем временем и другие экспериментаторы представили новые доказательства. Во Франции Хирн сделал схожие с Джоулем сравнения и, кроме того, добавил еще два новых, хотя и грубых, но важных опыта, поскольку они отличались от остальных. С помощью огромного железного молота в виде маятника он расплющивал кусок свинца о каменную наковальню. При этом измерялась кинетическая энергия маятника до удара с учетом остаточной кинетической энергии и потери ее сравнивались с теплотой, выделившейся в неупругом свинце. Хирн производил также и обратные измерения, когда теплота исчезала, а механическая энергия появлялась. Он арендовал обычную фабричную машину и замерял поступавшее количество тепла и выход механической энергии. Он определял теплоту горячего пара, вычитал из нее теплоту, растраченную в воздух, и т. д., и сравнивал остаток с увеличением механической энергии.

Посмотрите же теперь на все «улики» и судите сами. Получился длинный список результатов — от первых грубых прикидок до прецизионных измерений. Коэффициент перехода выражен в современных единицах — дж/Кал. Если вы рассмотрите работы самого Джоуля, то поймете, почему единица энергии названа его именем.

* * *

_{Итак, все было ясно. Оставалось лишь узнать самые «пустяки». Величина механического эквивалента J измерялась теперь с такой точностью, что нужно было пользоваться более точным значением ускорения силы тяжести g, а величина 1 Кал зависела от того, взвешивалась ли вода бронзовой гирей в 1 кг в воздухе или вакууме. Кроме того, стало ясно, что при повышении температуры воды от 10 до 11 °C и от 17 до 18 °C требуется разное количество тепла. Если, по определению, в качестве 1 Кал мы возьмем удельную теплоемкость при 20 °C (удобная комнатная температура), то при более низкой температуре она будет несколько больше. Так что для измерений с точностью до 0,1 % и выше. Мы должны договориться, при какой температуре определяется Калория.}

_{За последние восемь лет было проделано много точных измерений величины J. Ниже приведены некоторые результаты, полученные при взвешивании в вакууме и использовании «двадцатиградусной Калории» (т. е. определенной нагреванием воды от 19,5 до 20,5 °C).} 

_{∙ 1878 ∙ Джоуль} 

_{Перемешивание воды. Результаты предыдущего эксперимента пересчитаны на взвешивание в вакууме и измерения газовым термометром ∙ 4,172}

_{∙ 1879 ∙ Роуланд} 

_{Перемешивание воды крыльчаткой, приводимой в движение паровой машиной. Большое внимание было уделено конструкции прибора и точности измерения температуры ∙ 4,179}

_{∙ 1892 ∙ Мицелеску} 

_{Перемешивание воды ∙ 4,166} 

_{∙ 1899 ∙ Каллендер и Барнес} 

_{Нагревание электричеством непрерывного потока воды. Повышение температуры измерялось также электрически! и методами ∙ 4,188}

_{∙ 1927 ∙ Леби и Геркус} 

_{Перемешивание воды ∙ 4,1802 ± 0,0001} 

_{∙ 1939 ∙ Осборн и др.} 

_{Нагревание воды электричеством ∙ 4,1819}

* * *

Так в конце концов было установлено, что теплота, химическая и электрическая энергии способны к взаимным превращениям с потенциальной и кинетической энергиями и представляют собой различные формы универсальной сохраняющейся энергии.

Но энергия измерялась в разных единицах: потенциальная и кинетическая энергии в единицах работы, таких, как (ньютон)∙(метр), а теплота — в кг воды на 1 °C, или Калориях. Химическая энергия измерялась косвенно в тепловых единицах. Электрическая энергия могла измеряться в любых единицах. Мы использовали отношение этих единиц (1 Кал):(1 ньютон∙м) как «улику» против теплорода. Если теперь мы пришли к выводу, что теплота — это форма энергии, то их отношение должно быть универсальным, и нам необходимо точное значение этой величины. Взяв среднее из наиболее точных измерений, мы можем сказать, что

Калория при 20 °C = 4180 дж,

Калория при 15 °C = 4184 дж.