마찰에 의해 흥분되는 열원에 관한 실험적 연구

마찰에 의해 흥분되는 열의 원천에 관한 실험적 연구(Anvinical Inquiry)^[1]는 1798년 왕립학회 철학적 거래에 발표된 벤저민 톰슨 백작 럼포드(Benjamin Thompson)의 과학 논문이다. 이 논문은 확립된 열 이론에 실질적인 도전을 제공하였고, 열역학에서 19세기 혁명을 시작하였다.

배경

럼포드는 열은 생성되거나 파괴될 수 없는 액체라고 주장했던 열량 이론의 반대자였다. 그는 모든 가스와 액체는 절대적으로 열의 비전도체라는 관점을 더욱 발전시켰다. 그의 견해는 당시의 받아들여진 과학과는 맞지 않았고 후자 이론은 특히 존 달튼과^[2] 존 레슬리의 공격을 받아왔다.^[3]

럼포드는 디자인에^[4] 의한 논쟁에 많은 영향을 받았으며, 그가 물을 인간 생활의 규제에서 특권적이고 확실한 지위를 부여하기를 원했을 가능성이 있다.^[5]

럼포드가 열을 동작과 연관시키게 되었지만, 운동 이론이나 vis viva의 원리에 전념했다는 증거는 없다.

그의 1798년 논문에서 럼포드는 열이 운동의 한 형태라는 개념에 전임자가 있음을 인정했다.^[6] 그 전임자들 중에는 프랜시스 베이컨,^[7] 로버트 보일,^[8] 로버트 후크,^[9] 존 로크,^[10] 헨리 캐번디시가 포함되어 있었다.^[11]

실험

럼포드는 뮌헨의 무기고에서 지루한 대포통으로 인해 발생하는 마찰열을 관찰했다. 당시 주둥이가 될 금속의 추가 부분을 앞으로 하여 주물공장에 대포를 주조하였고, 이 부분을 제거하여 제조 공정 후반에 폐기하였다.^[12] 럼포드는 미완성 대포를 가져다가 이 구간을 수밀상자로 에워싸도록 개조했고, 그 위에 무뎌진 지루한 도구가 사용되었다. 그는 이 상자 안의 물은 대략 2시간 30분 이내에 끓일 수 있고, 마찰열 공급은 겉으로 보기에 무진장이라고 보여 주었다. 럼포드는 가공 처리된 물질의 특정 보온을 비교하여 대포의 재료에 어떠한 물리적 변화도 일어나지 않았으며, 남은 것은 동일하다는 것을 확인했다.

럼퍼드는 또한 겉으로 보기에 무기력해 보이는 열 발생은 칼로리 이론과 양립할 수 없다고 주장했다. 그는 그 통에 전달되는 유일한 것은 움직임이라고 주장했다.

럼포드는 발생된 열을 더 정량화하거나 열과 기계적 등가물을 측정하려고 시도하지 않았다.

리셉션

토마스 톰슨뿐만 아니라 ^[13]윌리엄 헨리 같은 대부분의 확립된 과학자들은 칼로리 이론이 새로운 결과를 설명하도록 적응할 수 있을 만큼 충분히 불확실성이 있다고 믿었다. 그때까지는 확실히 튼튼하고 적응력이 있는 것으로 판명되었다. 게다가 톰슨,^[14] 욘스 야콥 베르젤리우스, 앙투안 세사르 베크렐은 마찰에 의해 전기가 무한정 생성될 수 있다고 관찰했다. 당시의 어떤 교육받은 과학자도 전기가 유체가 아니라는 것을 기꺼이 받아들이려 하지 않았다.

궁극적으로, 럼포드의 "소진할 수 없는" 열의 공급에 대한 주장은 이 연구에서 나온 무모한 외삽이었다. 찰스 할다트는 럼퍼드의 결과의^[15] 재현성에 대해 몇 가지 날카로운 비판을 했고 그 실험 전체를 다소 건방진 것으로 볼 수 있다.^[16]

그러나 이 실험은 1840년대 제임스 프레스콧 줄의 작업에 영감을 주었다. 줄의 보다 정확한 측정은 칼로리를 희생하고 운동 이론을 확립하는 데 중추적인 역할을 했다.

참조

참고 문헌 목록

• Cardwell, D.S.L. (1971). From Watt to Clausius: The Rise of Thermodynamics in the Early Industrial Age. Heinemann: London. ISBN 0-435-54150-1.