열역학 제1법칙과 기체분자운동론의 창시자 줄

 

   전류(갈바니전류)가 지나는 도선에서 열이 발생하는 사실을 알게 되어 전류의 발열작용에 관한 법칙(줄의 법칙)을 발견하였다(1840). 즉, Q=I²Rt의 관계를 알아내었다. 여기서 I는 전류, R은 저항, t는 전류가 흐른 시간이다. 이와 관련하여 떨어지는 추의 운동으로 물 속의 수차를 회전시켜서 마찰에 의한 열을 발생시키고, 그 열을 측정하여 1cal=4.15J이 됨을 밝혔다. 이것은 현재의 값 4.184J에 근접한 값이었으며, 이 값을 열의 일당량이라고 한다. 그러나 줄이 열과 일의 관계를 처음으로 밝힌 것은 아니었다.

 

열과 일의 관계는 오늘날의 에너지 보존 법칙과 같은 것이다. 이와 같이 열에서의 에너지 보존 법칙을 열역학 제1법칙이라고 한다. ‘열을 발생하는 전류 및 그 전류를 만드는 데 필요한 역학적 일’이라는 열과 일의 연쇄적인 대응관계에 주목하여 그것이 상호간에 비례하는 사실을 실험적으로 확인하였다.

    1847년 학회에서 연구결과에 대한 강연 중에 W.톰슨과 알게 되어, 이후 톰슨과 오랫동안 공동연구를 하여 ‘줄톰슨효과’(1853) 등 많은 업적을 남겼다. 열의 본질에 대해서는 당시의 열소설에 대응하여, 열이 물체의 미소입자의 운동이라는 생각에 도달하여, 기체분자운동론의 선구적 입장을 취하였다. 1866년 당시의 과학계 최고영예라고 할 수 있는 코플리메달을 받았다.

   열소설(caloric theory)은 열은 한 물체에서 다른 물체로 이동하는 어떤 유체(열소)가 있다고 생각하는 이론으로 현재는  분자들의 운동 에너지로 표현한다. 즉, 물이 열을 받아 온도가 올라간다는 것은 물 분자의 운동이 활발해졌다는 것을 의미한다.