James Prescott Joule
(18181889)

A hô és a mechanikai energia közönséges formái közötti egyenérték-reláció létezésérôl

Levél a Philosophical Magazine szerkesztôinek, Series 3, Vol. xxvii, p. 205

Uraim,

jelen levél legfontosabb részét már ismertettem a British Association utolsó, cambridge-i konferenciáján. Mostanáig haboztam, hogy nagyobb nyilvánosság elé tárjam-e mondandómat nem azért, mert eredményeiben egy cseppet is kételkednék, hanem azért, mert számításaim alapján egy kissé meg akartam változtatni a berendezést, hogy még pontosabbá tegyem a kísérleteket. Mivel azonban képtelen vagyok most idôt szakítani tervem megvalósítására, ugyanakkor rendkívül szeretném meggyôzni a tudományos világot állításaim igazságáról, remélem, hozzájárulnak ahhoz, hogy kitûnô folyóiratukban levelem megjelenjen.
 
 
A Rennie kísérleteiben
használt lapátkerék

A British Association elôtt bemutatott berendezés egy sárgaréz lapátkerékbôl állt, amely vízszintesen forgott egy vizes edényben. A lapátokat súlyok, csigák stb. mozgatták pontosan úgy, ahogy egy korábbi dolgozat ismertette. [Phil. Mag. Series n, Vol. xxiii., p. 435.  A Rennie kísérleteiben használt lapátkerék, amellyel a víz súrlódását vizsgálta (Phil. Trans. 1831, xi. tábla, 1. ábra), némiképp hasonlít az enyémhez. Én azonban több lapátot és azonos számú álló lapátot használtam, hogy az edény forgó mozgását megakadályozzam.]

A kerék nagy ellenállással mozgott a vízben: a súlyok (mindegyik négyfontos volt) lassan, másodpercenként körülbelül egy lábnyi sebességgel süllyedtek. A csigák a talajtól tizenkét yardnyira voltak, ezért amikor a súlyok ennél a távolságnál mélyebbre süllyedtek, újra föl kellett ôket csavarni, hogy a kerék mozgása újrainduljon. A mûvelet tizenhatszori ismétlése után a víz hômérséklet-emelkedésérôl nagyon érzékeny és pontos hômérôvel gyôzôdtünk meg.

A fenti módon kilenc kísérletsorozatot hajtottunk végre, és kilenc kísérletet végeztünk a légkör hûtô vagy fûtô hatásának kiküszöbölésére. Miután az eredményt egy font víz hôvel szembeni kapacitására számoltuk át, kiderült, hogy a víz súrlódása miatti hôemelkedés minden egyes fokához akkora mechanikai energiára volt szükség, amekkora 890 font súlyt egy láb magasra képes felemelni.

A következô egyenértékeket kaptam: elôször 823 fontot a magneto-elektromos kísérletek alapján (Phil. Mag. Series 3, Vol. xxiii, pp. 263, 347.), másodszor 795 fontot a levegô ritkítása miatt keletkezô hidegbôl levezetve (Ibid. 1845. május, p. 369), harmadszor 774 fontot a keskeny csövekben áramló vízzel folytatott (eddig publikálatlan) kísérletek alapján. Az utolsó kísérletsor hasonlított a lapátkerekes mérésekhez, ezért a 774 és a 890 átlagát, vagyis a 832 fontot tekinthetjük a víz súrlódásából levezetett egyenértéknek. Az ilyen kényes kísérletekben aligha várható el jobb egyezés. Ezért megállapíthatom, hogy a hô és a mechanikai energia közönséges formái közötti egyenérték-reláció bizonyítást nyert, és a három különbözô kísérletsorozat eredményeinek átlaga, 817 font tekinthetô egyenértéknek, amíg pontosabb kísérletekre sor nem kerül.

Semmi kétségem, hogy bármelyik olvasójuk, aki oly szerencsés, hogy Wales vagy Skócia romantikus vidékén lakik, alátámaszthatja kísérleteimet, ha megméri a víz hômérsékletét egy vízesés tetején és alján. Ha elképzelésem helyes, 817 lábnyi esés egy foknyi hôt termel, s a Niagara folyó hômérséklete körülbelül egyötvened fokkal emelkedik 160 lábnyi zuhanása után.

Ha elfogadjuk az általam megnevezett egyenérték helyességét, nyilvánvaló, hogy az a vis viva [eleven erõ], amellyel egy font víz részecskéi rendelkeznek (mondjuk) 51 fokon, megegyezik az 50 fokos, egy fontnyi vízhez tartozó vis vivának és annak a vis vivának az összegével, amelyre egy 817 fontos súly tesz szert, ha egy lábnyi függôleges magasságból esik le.

Feltéve, hogy az elasztikus fluidumok [gázok] a nyomás csökkentésekor az elektromosság forgó atmoszférájának centrifugális ereje miatt tágulnak, könnyen megbecsülhetjük az anyagban levô hô abszolút mennyiségét. Hiszen az elasztikus fluidumokban a nyomás arányos a forgó atmoszféra sebességének négyzetével, és az atmoszférákhoz tartozó vis viva szintén arányos lesz a sebesség négyzetével, ezért az elasztikus fluidumok nyomása 32 és 33 fok hômérsékleten 480 : 481, így a hômérséklet zéruspontjának 480 fokkal a víz fagyáspontja alatt kell lennie.

Látjuk tehát, milyen hatalmas mennyiségû vis viva van az anyagban. Egyetlen font 60 o-os víznek 480o+28o=508o hôvel kell rendelkeznie; más szóval, olyan vis vivával, amelyre egy 415036 fontos súly tesz szert, ha egy lábnyi függôleges magasságból esik le. Az elektromosság atmoszférájának természetesen óriási sebességgel kell keringenie ahhoz, hogy ezt a hatalmas mennyiségû vis vivát felmutassa, ez a sebesség talán megegyezik a fény sebességével a bolygók közötti ûrben vagy az elektromos kisülés sebességével, amelyet Wheatstone állapított meg kísérletileg.

Maradok kiváló tisztelettel,
James P Joule

Vissza http://www.kfki.hu/chemonet/ 
http://www.ch.bme.hu/chemonet/