焦耳热的机械当量:一个转换因子

关键的外卖

• 在詹姆斯·焦耳的经典实验中，两个下落的物体的势能被转化为热能。

• 焦耳的热的机械当量是产生1卡热量所需要的功。

• 根据热力学第一定律，系统的热力学能的变化等于系统做的功和系统吸收的热量的总和。

第一个测试运动和热能等效性的实验是在19世纪由詹姆斯·焦耳进行的

考虑一个汽轮机;蒸汽产生的热能供给汽轮机产生机械运动。在这个例子中，热能被转换成机械能。一般来说，在某些系统中，功和热能可以相互交换。以一种形式(热能或机械能)提供给系统的能量可以以另一种形式产生结果。焦耳热的机械当量能使机械能和热能相互转换。

热的机械当量

机械能转化为热能，反之亦然，带来了热的机械当量的概念——与系统相关的内能可以通过对系统做功或向系统添加热量来改变。这是基本的概念热力学系统．发电厂、冰箱和发动机等应用利用热功转换的可能性，反之亦然，以实现其预期的结果。

从焦耳的实验中发现，将1g物体的温度提高1°C需要4.186焦耳的能量。热能和功之间的这种关系建立了焦耳机械等效热的基本概念，它基本上描述了产生1卡路里热量所需的功。

焦耳热的机械当量可以用数学形式表示如下:

由于焦耳热的机械当量便于从一种单位制转换到另一种单位制，它只是一个无量纲的量。

建立热力学科学

热力学是研究功、温度、能量和热之间关系的一门成熟的科学分支。焦耳热的机械等效的概念在使热力学成为一门先进的科学分支方面起了重要的作用。功和热能之间的等价导致了热力学第一定律的表述。

电能转化为热能

焦耳力学等效热和热的电当量都可以用数学方程来确定。想象一个浸入水中的线圈。电流流经元件。随着时间的流逝，由于电能以热能的形式散失到水中，水被加热。

以热形式耗散的电能可由方程给出:

瓦特秒等于1焦耳。常用的电能单位kWhr可等效为:

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