James Prescott Joule und der Joule-Apparat

Als Ingenieursexperte habe ich oft Formen der Energieveränderung gesehen, die unsere beispielhafte Kaffeetasse beim Übergang vom Regal zum Boden erlebt hat. Es wurde gezeigt, dass die verschiedenen Energien in der Tasse mathematisch äquivalent sind, ausgedrückt als 4,9 kg • Meterzwei /zweitezwei , was als “Kilogramm Quadratmeter pro Sekunde im Quadrat” gelesen wird. Dieser Schluck führte zur Umbenennung der Maßnahme in die Joule, zu Ehren von James Prescott Joule, ein Wissenschaftler, der erfolgreich die Wechselbeziehung zwischen verschiedenen Energieformen demonstrierte. Wir werden uns auf eines seiner Experimente konzentrieren, das Joule-Apparat, heute.

In den 1840er Jahren baute Joule seine Gerät, ein Gerät, das die Wechselbeziehung zwischen verschiedenen Energieformen demonstrierte.

Joules Apparat

Joules Apparat

Joules Apparat bestand aus einem Gewicht, das an einem Seil über einer Rolle aufgehängt war, die wiederum um eine Wickeltrommel gewickelt war. Solange die Trommel stationär blieb, blieb das Gewicht unbeweglich aufgehängt. Während es stationär ist, bleibt die potentielle Energie des Gewichts in ihm latent, so wie es in unserem Beispiel Kaffeetasse auf einem Regal gestützt hatte.

Aber als der Druck, der die Wickeltrommel stationär hielt, abgelassen wurde, wurde das Gewicht frei fallen gelassen und seine potentielle Energie begann kinetisch zu werden. Dabei wurde das Seil, an dem das Gewicht befestigt war, von der Trommel abgewickelt, wodurch sich die Trommel drehte und zusammen mit ihr das Schaufelrad, an dem sie befestigt war.

Joules Apparat folgte der Energie durch viele Formen. Von der Stille der potentiellen Energie bis zur kinetischen Energie, die durch den Abfall des Gewichts demonstriert wird. Die kinetische Energie wurde wiederum in mechanische Energie umgewandelt, was sich in der Wechselwirkung zwischen der beweglichen Trommel und dem Schaufelrad manifestierte. Die rotierenden Paddel wirbelten das Wasser auf und verursachten einen Temperaturanstieg. Aus dieser Beobachtung schloss Joule, dass die mechanische Energie des rotierenden Schaufelrads in Wärmeenergie umgewandelt worden war, deren Temperaturmessung zeigte, dass sie auf das Wasser übertragen wurde. Joules Experiment zeigte somit den Zusammenhang zwischen potentiellen, kinetischen, mechanischen und thermischen Energien.

Joules Arbeit ebnete den Weg für die Weiterentwicklung einer Reihe moderner mechanischer Geräte, die auch Wärmeenergie in mechanische Energie umwandelten oder umgekehrt. Zu diesen Geräten gehören ein Automotor und Ihr Küchenkühlschrank.

Das nächste Mal werden wir sehen, wie Joule einen Zusammenhang zwischen elektrischer Energie und anderen Energieformen, einschließlich mechanischer und thermischer, demonstrierte. Wir werden dann ihre Entdeckungen nutzen, um die kinetische Energie unserer fallenden Tasse Kaffee in eine andere Form umzuwandeln.

Copyright 2015 – Philip J. O’Keefe, PE

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