ऊष्मा के यांत्रिक समतुल्य

विज्ञान के इतिहास में, ऊष्मा के यांत्रिक समतुल्य कहते हैं कि गति (भौतिकी) और ऊष्मा परस्पर विनिमेय हैं और प्रत्येक स्तिथि में, कार्य की एक दी गई मात्रा (ऊष्मप्रवैगिकी) समान मात्रा में ऊष्मा उत्पन्न करेगी, बशर्ते कि किया गया कार्य पूरी तरह से ऊष्मा ऊर्जा में परिवर्तित हो। उष्मा का यांत्रिक समतुल्य एक ऐसी अवधारणा थी जिसकी ऊर्जा के संरक्षण के विकास और स्वीकृति और 19वीं शताब्दी में ऊष्मप्रवैगिकी के विज्ञान की स्थापना में एक महत्वपूर्ण भूमिका थी।

इतिहास और प्राथमिकता विवाद
बेंजामिन थॉम्पसन, काउंट रुमफोर्ड, ने म्यूनिख, बवेरिया लगभग 1797 में शस्त्रागार में प्रवेधन तोप द्वारा उत्पन्न घर्षण ऊष्मा का अवलोकन किया था, रुम्फोर्ड ने एक तोप बैरल को पानी में डुबोया और एक विशेष रूप से कुंठित बोरिंग उपकरण की व्यवस्था की। उन्होंने दिखाया कि पानी को लगभग ढाई घंटे के भीतर उबाला जा सकता है और यह कि घर्षण ऊष्मा की आपूर्ति अटूट प्रतीत होती है।

अपने प्रयोगों के आधार पर, उन्होंने ऊष्मा के स्रोत के संबंध में एक प्रायोगिक जांच प्रकाशित की, जो घर्षण से उत्तेजित है, (1798), राजशाही समुदाय के दार्शनिक लेनदेन p. 102. इस वैज्ञानिक पत्र ने ऊष्मा के स्थापित सिद्धांतों को एक बड़ी चुनौती प्रदान की और ऊष्मप्रवैगिकी में 19वीं सदी की क्रांति को प्रारम्भ किया। प्रयोग ने 1840 के दशक में जेम्स प्रेस्कॉट जौल के काम को प्रेरित किया। ऊष्मांक सिद्धांत के दाम पर गैसों के गतिज सिद्धांत को स्थापित करने में जूल के तुल्यता पर अधिक सटीक माप महत्वपूर्ण थे। यह विचार कि ऊष्मा और कार्य समतुल्य हैं, जूलियस वॉन मेयर द्वारा 1842 में प्रमुख जर्मन भौतिकी पत्रिका में और स्वतंत्र रूप से जेम्स प्रेस्कॉट जूल द्वारा 1843 में प्रमुख ब्रिटिश भौतिकी पत्रिका में प्रस्तावित किया गया था। इसी तरह का काम 1840-1843 में लुडविग ए. कोल्डिंग द्वारा किया गया था, हालांकि कोल्डिंग के काम को उनके मूल डेनमार्क के बाहर बहुत कम जाना जाता था।

1820 के दशक में निकोलस क्लेमेंट और निकोलस लियोनार्ड साडी कार्नाट के बीच एक सहयोग में समान पंक्तियों के पास कुछ संबंधित सोच थी। 1845 में, जूल ने ऊष्मा का यांत्रिक समतुल्य नामक एक पत्र प्रकाशित किया, जिसमें उन्होंने ऊष्मा की एक इकाई का उत्पादन करने के लिए आवश्यक यांत्रिक कार्य की मात्रा के लिए एक संख्यात्मक मान निर्दिष्ट किया। विशेष रूप से जूल ने एक पौंड (द्रव्यमान)द्रव्यमान) पानी के तापमान को एक डिग्री फ़ारेनहाइट तक बढ़ाने के लिए आवश्यक घर्षण से उत्पन्न यांत्रिक कार्य की मात्रा पर प्रयोग किया था और 778.24 फुट पाउंड बल (4.1550 जूल·ऊष्मांक-1) का एक सुसंगत मान पाया था। जूल ने तर्क दिया कि गति (भौतिकी) और ऊष्मा परस्पर विनिमेय थे और हर स्तिथि में, काम की एक दी गई मात्रा (ऊष्मप्रवैगिकी) समान मात्रा में ऊष्मा उत्पन्न करेगी। वॉन मेयर ने 1845 में ऊष्मा के यांत्रिक समकक्ष के लिए एक संख्यात्मक मान भी प्रकाशित किया था, लेकिन उनकी प्रायोगिक पद्धति उतनी विश्वसनीय नहीं थी।

हालांकि 4.1860 जे·ऊष्मांक-1 का मानकीकृत मूल्य की स्थापना 20वीं सदी के प्रारम्भ में हुआ था, 1920 के दशक में, अंततः यह अनुभव किया गया था कि स्थिरांक केवल पानी की विशिष्ट ऊष्मा है, एक मात्रा जो तापमान के साथ 4.17 और 4.22 J·ग्राम-1 डिग्री सेल्सियस के बीच बदलती है। इकाई में परिवर्तन भौतिकी और रसायन विज्ञान में एक इकाई के रूप में कैलोरी के निधन का परिणाम था।

वॉन मेयर और जूल दोनों प्रमुख यूरोपीय भौतिकी पत्रिकाओं में प्रकाशित होने पर भी प्रारंभिक उपेक्षा और प्रतिरोध के साथ मिले, लेकिन 1847 तक, उस समय के कई प्रमुख वैज्ञानिक उस पर ध्यान दे रहे थे। 1847 में हरमन हेल्महोल्ट्ज़ ने प्रकाशित किया जिसे ऊर्जा के संरक्षण की एक निश्चित घोषणा माना जाता है। हेल्महोल्ट्ज़ ने जूल के प्रकाशनों को पढ़ना सीखा था, हालांकि हेल्महोल्ट्ज़ अंततः जूल और वॉन मेयर दोनों को प्राथमिकता देने के लिए श्रेय देने लगे।

इसके अतिरिक्त 1847 में, जूल ने विज्ञान की उन्नति के लिए ब्रिटिश एसोसिएशन की वार्षिक बैठक में एक अच्छी तरह से भाग लिया। उपस्थित लोगों में विलियम थॉमसन, प्रथम बैरन केल्विन थे। थॉमसन जानने के इच्छुक थे लेकिन प्रारम्भ में उन्हें संदेह हुआ। अगले दो वर्षों में, थॉमसन जूल के सिद्धांत के प्रति तीव्रता से आश्वस्त हो गए, अंत में 1851 के मुद्रण में अपनी दोषसिद्धि को स्वीकार करते हुए, साथ ही साथ वॉन मेयर को भी श्रेय दिया। थॉमसन ने जौल के साथ सहयोग किया, मुख्य रूप से पत्राचार द्वारा, जौल ने प्रयोग किए, थॉमसन ने परिणामों का विश्लेषण किया और आगे के प्रयोगों का सुझाव दिया। सहयोग 1852 से 1856 तक चला। इसके प्रकाशित परिणामों ने जूल के काम की सामान्य स्वीकृति और गैसों के गतिज सिद्धांत को लाने के लिए बहुत कुछ सहयोग किया।

हालांकि, 1848 में, वॉन मेयर ने पहली बार जौल के आलेख देखे थे और फ्रांस अकादमी डेस साइंसेज को प्राथमिकता देने के लिए लिखा था। उनका पत्र कॉम्पेट्स रेंडस में प्रकाशित हुआ था और जूल ने तुरंत प्रतिक्रिया दी। जूल के साथ थॉमसन के घनिष्ठ संबंध ने उन्हें विवाद में घसीटने की अनुमति दी। इस जोड़ी ने योजना बनाई कि जूल यांत्रिक समकक्ष के विचार के लिए वॉन मेयर की प्राथमिकता को स्वीकार करेगा लेकिन यह दावा करने के लिए कि प्रायोगिक सत्यापन जूल के साथ है। थॉमसन के सहयोगी, सहकर्मी और रिश्तेदार जैसे विलियम जॉन मैक्कॉर्न रैंकिन, जेम्स थॉमसन (इंजीनियर), जेम्स क्लर्क मैक्सवेल और पीटर गुथरी टैट चैंपियन जूल के कारण में सम्मिलित हुए।

हालांकि, 1862 में, जॉन टिंडल ने लोकप्रिय विज्ञान में अपने कई भ्रमणों में से एक और थॉमसन और उनके मण्डली के साथ कई सार्वजनिक विवादों में, राजशाही इंस्टीट्यूशन में बल पर शीर्षक से एक व्याख्यान दिया। जिसमें उन्होंने वॉन मेयर को ऊष्मा के यांत्रिक तुल्यांक की कल्पना करने और मापने का श्रेय दिया। थॉमसन और टैट क्रोधित थे, और दार्शनिक पत्रिका के पन्नों में पत्राचार का एक अशोभनीय सार्वजनिक आदान-प्रदान हुआ, और बल्कि अधिक लोकप्रिय गुड वर्ड्स है। वॉन मेयर को नीचा दिखाने के प्रयास में टैट ने कोल्डिंग के हित का समर्थन भी किया।

हालांकि जनवरी 1864 में सर हेनरी एनफील्ड रोस्को के एडिनबर्ग समीक्षा लेख ऊष्मा गतिकी के प्रकाशन के साथ टिंडाल ने फिर से हीट: ए मोड ऑफ मोशन (1863) में वॉन मेयर के कारण को दबाया, जूल की प्रतिष्ठा को मुद्रांकित कर दिया गया, जबकि वॉन मेयर ने अस्पष्टता की अवधि में प्रवेश किया।

अग्रिम पठन

 * Foucault, L. (1854) “Equivalent mécanique de la chaleur. M. Mayer, M. Joule. Chaleur spécifique des gaz sous volume constant. M. Victor Regnault”, Journal des débats politiques et littéraires, Thursday 8 June
 * , pp. 154–5
 * Smith, C. (2004) "Joule, James Prescott (1818-1889)", Oxford Dictionary of National Biography, Oxford University Press,  (subscription required)
 * Zemansky, M.W. (1968) Heat and Thermodynamics: An Intermediate Textbook, McGraw-Hill, pp. 86–87
 * Smith, C. (2004) "Joule, James Prescott (1818-1889)", Oxford Dictionary of National Biography, Oxford University Press,  (subscription required)
 * Zemansky, M.W. (1968) Heat and Thermodynamics: An Intermediate Textbook, McGraw-Hill, pp. 86–87