Опыт Джоуля В начале века английский ученый Д.Джоуль впервые установил закон сохранения энергии. Ему удалось экспериментально доказать, что механическая энергия переходит в тепловую, тепловая в механическую в эквивалентных соотношениях. Баланс сходился всюду: химическая энергия превращалась в тепловую или сначала в электрическую, а за тем в тепловую, электрическая энергия в химическую, а за тем в тепловую. Многочисленные опыты проверялись и перепроверялись. Перед вами описание опыта, проверенного Джоулем, по измерению перехода потенциальной энергии силы тяжести в тепловую при падении свинцовой дроби. Горсть свинцовой дроби помещалась в закрытую картонную трубку и быстро переворачивалась так, чтобы дробь пролетела всю высоту трубки. Трубку резко переворачивали подряд порядка 50 раз. После этого дробь высыпали в картонный стаканчик. Ртутным термометром измеряли температуру дроби до и после опыта. При каждом переворачивании трубки дробь приобретает потенциальную энергию за счет переворачивания. При падении дроби ее потенциальная энергия превращается в кинетическую, которая при неупругом ударе о дно картонной трубки переходит в теплоту.
Можно рассчитывать полную потенциальную энергию и количество теплоты, полученное дробью в конце опыта . Это очень неточный эксперимент и его можно усовершенствовать . В промышленности используют потенциальную энергию поднятого молота при штамповке деталей из металла и пластмасс, а также при ковке деталей на кузнечных молотах .
ответьте на во к тексту :
Почему не обязательно в этом опыте измерять массу дроби?
Когда дробь заканчивает свое движение, почему дно трубки должно находиться на твердой поверхности?
Почему Джоуль пришел к выводу, что оптимальное число переворотов трубки 50 раз?
Как можно усовершенствовать опыт?
Происходит изобарическое расширение идеального газа.
p·V = (p - Δp)(V + ΔV)
p·V = p·V + p·ΔV - Δp·V - Δp·ΔV
Δp·V = (p - Δp)ΔV
ΔV = Δp/(p - Δp) · V
Суммарный объём газа в двух отсех при уже вылетевшей пробке:
V + (V + ΔV) = 2V + Δp/(p - Δp) · V = (2p - Δp)/(p - Δp) · V
Обозначим установившееся давление через p₁. Тогда закон Бойля-Мариотта для начального и конечного состояний газа:
p·2V = p₁·(2p - Δp)/(p - Δp) · V
2p = p₁·(2p - Δp)/(p - Δp)
p₁ = 2p·(p - Δp)/(2p - Δp)
p₁ = 2·84·(84 - 21)/(2·84 - 21) = 2·4·21·3·21/(8·21-21) = 24·21²/7·21 = 24·3 = 72 кПа
Или подразумеваются внешние условия? Тогда лучше принять н. у. (нормальные условия) :
t=0 С (Т=273 К) ; p=100 кПа.
Или брать состояние газа (воздуха) непосредственно над глазом как состояние насыщенного пара Условие: закрытые веки глаз.
Именно для насыщенного пара выполняется только закон Гей-Люссака.
Закон Бойля-Мариота не выполняется т. к. при Т=const; р не зависит от V; т. к n не зависит от V. Закон Шарля не выполняется т. к. при V=const, р меняется быстрее, чем Т из-за увеличения концентрации молекул (плотности пара).