Concetti Chiave
- Joule's experiments focused on calculating the mechanical work needed to produce heat, considering factors like friction and kinetic energy.
- He demonstrated that the heat produced by friction is directly proportional to the mechanical work expended.
- Joule determined that the heat required to raise the temperature of one pound of water by 1°F is equivalent to the work done by dropping 772 pounds from a height of one foot.
- He emphasized the importance of a closed cycle in experiments, distinguishing between work-heat equivalence and energy conservation.
- Through repeated experiments, Joule established the mechanical equivalent of heat, refining the value to approximately 4186 joules/kcal by 1878.
Joule doveva solo calcolare il lavoro meccanico fatto per produrre quel calore. Non si tratta soltanto di moltiplicare la massa per l'altezza da cui cade ma anche di sottrarre a questa quantità quella parte che va a riscaldare per attrito i vari meccanismi in funzione (attrito tra pulegge e cordicelle; del sistema ruotante sui cardini) e l’energia cinetica che la massa ha ancora quando giunge al suolo (che data la bassa velocità di caduta, Joule non prende in considerazione). In definitiva Joule calcolò questo lavoro meccanico come prodotto di un'altezza per un peso (alla quale quantità aveva sottratto quella che produceva gli effetti di riscaldamento).
Joule concludeva l'articolo affermando che con i suoi esperimenti aveva dimostrato:
1 - che la quantità di calore prodotta dall'attrito tra due corpi, siano essi solidi o liquidi, è sempre proporzionale alla quantità di lavoro meccanico speso.
2 - che la quantità di calore capace di aumentare la temperatura di una libbra di
acqua [...] di 1°Fahrenheit richiede un lavoro meccanico speso equivalente alla
caduta di 772 libbre dall'altezza di un piede.
Un'ultima osservazione. Joule si accertava che alla fine dell'esperienza le condizioni (temperature, pressione, ...) tornassero come erano all'inizio. Ciò è molto importante perché, come diremmo oggi, egli lavorava su un ciclo chiuso. Questa osservazione sarà importante per distinguere l'equivalenza lavoro-calore dalla conservazione dell'energia (ciclo aperto).
Con questa esperienza, ripetuta più volte, Joule determinò, ancora una volta,
l'equivalente meccanico del calore che gli risultò (con unità in uso oggi) nel 1845 di 4780 joule/kcal. Ripetuta l'esperienza due anni dopo dette per risultato 4180 joule/kcal. Essa fu fatta con diversi liquidi dentro il calorimetro e fornì sempre l'ultimo valore che ho ora dato. Ripetuta ancora nel 1850, con la massima cura possibile (ruote a pale di ottone e ferro che lavoravano con differenti liquidi calorimetrici e due ruote di ferro con sfregamento relativo) per l'equivalente fornì il valore di 4130 joule/Kcal. L'ultima misura che fece Joule nel 1878 gli dette ancora tale valore, vicino a quello che oggi accettiamo (4186 joule/kcal).
Domande da interrogazione
- Qual è stato l'obiettivo principale degli esperimenti di Joule?
- Quali furono i risultati principali ottenuti da Joule nei suoi esperimenti?
- Perché era importante per Joule che le condizioni tornassero come all'inizio alla fine degli esperimenti?
Joule mirava a dimostrare che la quantità di calore prodotta dall'attrito è proporzionale al lavoro meccanico speso, e a determinare l'equivalente meccanico del calore.
Joule determinò che il lavoro meccanico necessario per aumentare la temperatura di una libbra d'acqua di 1°F è equivalente alla caduta di 772 libbre da un piede, e calcolò l'equivalente meccanico del calore in diverse occasioni, ottenendo valori vicini a 4186 joule/kcal.
Joule si assicurava che le condizioni tornassero come all'inizio per lavorare su un ciclo chiuso, distinguendo così l'equivalenza lavoro-calore dalla conservazione dell'energia.
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