기계 작업과 열의 상호 변환성

이 기사에서는 기계적 작업과 열이 서로 변환될 수 있다는 열의 기계적 상당량이라는 개념을 탐구할 것입니다. 또한 이 아이디어로 이끌어진 실험과 발견, 그리고 이를 통해 열역학이 어떻게 성립되었는지 배울 것입니다.

열의 기계적 상당량이란?

열의 기계적 상당량은 기계적 작업과 열 사이의 관계를 설명하는 용어입니다.

이는 시스템에서 단위 양의 열을 생성하기 위해 필요한 작업의 양으로 정의됩니다. 열의 기계적 상당량의 기호는 J이며, 이를 측정한 과학자인 조울(Joule)의 이름을 따서 조울 상수 또는 조울의 열의 기계적 상당량이라고도 합니다.

열의 기계적 상당량의 공식은 다음과 같습니다:

여기서 W는 시스템에 대한 작업이고, Q는 시스템에서 발생한 열입니다.

열의 기계적 상당량의 단위는 칼로리당 줄(J/cal)이며, 이는 1줄의 작업이 1칼로리의 열을 생성한다는 것을 의미합니다. 1칼로리는 1그램의 물의 온도를 섭씨 1도 높이는데 필요한 열의 양입니다.

열의 기계적 상당량은 어떻게 발견되었는가?

기계적 작업과 열이 서로 대체 가능한 것이라는 아이디어는 처음으로 1798년 벤저민 톰슨(Benjamin Thompson), 즉 루拇