열량론

Caloric theory

열량 이론은 열이 뜨거운 물체에서 차가운 물체로 흐르는 열량이라고 불리는 자기 발열성 유체로 이루어진다는 오래된 과학 이론이다.칼로리는 또한 고체와 액체 속의 기공을 드나들 수 있는 무중력 기체로 생각되었다."열량 이론"은 열에 대한 기계적 이론을 지지하는 19세기 중반으로 대체되었지만, 그럼에도 불구하고 19세기 [1]말까지 일부 과학 문헌, 특히 더 인기 있는 치료법에서 지속되었다.

초기 역사

1782-83년 겨울에 앙투안 라부아지에와 피에르 시몬 라플라스가 다양한 화학적 변화에 관련된 열을 측정하기 위해 사용한 세계 최초의 얼음 열량계. 조셉 블랙의 잠열 발견에 기초한 계산입니다.이 실험들은 열화학의 기초를 나타낸다.

열역학 역사에서 열에 대한 초기 설명은 연소에 대한 설명과 완전히 혼동되었습니다.J. J. 베커와 게오르크 에른스트 스탈이 17세기에 연소의 프롤기스톤 이론을 소개한 후 프롤기스톤은 열의 물질로 생각되었다.

앙투안 라부아지에 의해 소개된 칼로리 이론의 한 가지 버전이 있다.라부아지에의 열량 이론 이전에는 열과 그 존재에 관한 언급은 화학 반응의 매개체라는 것 외에 조지프 블랙이 얼음의 [2]녹는 온도를 언급하면서 제공한 것만이 희박했다.블랙에 대한 답변으로, 라부아지에의 개인 원고들은 그가 얼음에 대해 고정된 녹는점의 동일한 현상을 만났다는 것을 밝히고 그가 아직 [3]발표하지 않은 설명을 이미 공식화했다고 언급했다.라부아지에는 1770년대에 산소의 관점에서 연소에 대한 설명을 개발했다.라부아지에 박사는 그의 논문 "Réflexions sur le phlogistique" (1783년)에서 프롤기스톤 이론이 그의 실험 결과와 일치하지 않는다고 주장했고,[4] 열의 물질로서 열량이라고 불리는 '아액'을 제안했다.이 이론에 따르면,[citation needed] 이 물질의 양은 우주 전체에 걸쳐 일정하며, 따뜻한 물체에서 차가운 물체로 흐른다.실제로, 라부아지에는 화학 반응 중에 방출되는 열을 측정하기 위해 열량계를 사용한 최초의 사람 중 한 명이었다.라부아지에는 칼로리가 물질의 일반적인 법칙을 따르는 미묘한 유체였지만, 밀도가 높은 물질을 제한 없이 통과할 수 있는 정도로 약해졌다; 칼로리 자체의 물질성은 [2]폭발의 경우처럼 풍부할 때 명백하다.

1780년대, 어떤 사람들은 추위가 유동적인 것이라고 믿었다.피에르 프레보스트는 추위는 단순히 칼로리의 부족이라고 주장했다.

열은 열량 이론에서 물질이었고, 따라서 생성되거나 파괴될 수 없었기 때문에, 열의 보존이 중심적인 [5]가정이었다.열전도는 열량과 물질 사이의 친화력의 결과로 발생했다고 믿었기 때문에, 물질이 보유한 열량이 적을수록, 더 차가워질수록, 열량과 온도가 [6]평형에 도달할 때까지 인근 원자로부터 과도한 열량을 끌어당겼다.

당시의 화학자들은 열 입자의 자기 반발력을 기본력으로 믿었고, 이에 따라 반발력을 생성하지 않는 열량의 엄청난 유체 탄성을 라부아지에가 그의 [7]비판자들에게 설명할 수 없는 특이한 특성으로 만들었다.

라부아지에 의해 열의 방사선은 물리적 물체의 [6][8]구성 물질보다는 표면 상태에 관련된 것으로 설명되었다.Lavoisier는 불량한 라디에이터는 표면이 광택이 나거나 매끄러운 물질이라고 설명했는데, 이는 그 분자들이 서로 밀접하게 결합되어 있는 평면에 놓여 있기 때문에 열량의 표면층을 형성하고 나머지 [6]부분의 방출을 차단하기 때문입니다.그는 거대한 라디에이터는 표면이 거친 물질이라고 설명했는데, 이는 주어진 평면 내에서 열량이 소량이기 때문에 [6]내부로부터 더 많이 빠져나갈 수 있기 때문입니다.Rumford 백작이 나중에 이 열량 이동에 대한 설명을 추위의 방사선을 설명하기에 불충분하다고 인용할 것이다.[6]

열량 이론의 도입은 재료의 열 특성과 관련된 조셉 블랙의 실험에 의해 영향을 받았다.열량 이론 외에, 열의 현상을 설명할 수 있는 또 다른 이론이 18세기 말에 존재했다: 운동 이론.그 당시에는 두 이론이 동등하다고 여겨졌지만, 운동 이론은 원자 이론의 몇 가지 아이디어를 사용하고 연소와 열량 측정 모두를 설명할 수 있었기 때문에 더 현대적인 이론이었다.증발과 승화를 설명할 수 없는 열량 이론은 럼포드 백작의 작업을 통해 운동 이론의 발흥을 이끌었다.Rumford 백작은 대기 상태에서 고체 수은이 녹는 경향을 관찰했고, 따라서 엄청난 열이 [3]예상되지 않은 곳에서 그러한 현상이 일어나려면 열의 강도 자체가 입자 운동에서 비롯되어야 한다고 제안했다.

성공

꽤 많은 성공적인 설명이 이러한 가설만으로 만들어질 수 있고, 실제로 만들어질 수 있다.우리는 차 한 잔을 상온에서 식히는 것을 설명할 수 있다. 즉, 열량은 자가 발열하기 때문에 열량이 조밀한 지역(온수)에서 열량이 조밀한 지역(실내 냉기)으로 천천히 흐른다.

우리는 열을 받는 공기의 팽창에 대해 설명할 수 있다: 열량이 공기로 흡수되어 그 부피가 증가한다.이 흡수 현상 동안 열량에 어떤 일이 일어나는지 조금 더 얘기하면 열의 복사, 다양한 온도에서 물질의 상태 변화, 그리고 거의 모든 가스 법칙을 추론할 수 있습니다.

순수하게 열량 이론에 근거해 추론한 사디 카르노는 여전히 열기관 이론의 기초를 이루는 카르노 사이클의 원리를 개발했습니다.증기 엔진에서의 에너지 흐름에 대한 카르노의 분석은 30년 후 열역학 제2법칙을 인정하게 된 아이디어의 시작을 나타낸다.

열량은 다른 [2]물질의 물질 상태에 상응하는 변화를 유발하는 대체 물질로 화학 반응에 들어갈 수 있는 것으로 여겨졌다.라부아지에 박사는 물질의 열량과 열량의 유체 탄성이 [9]물질의 상태를 직접적으로 결정했다고 설명했다.따라서 상태 변화는 화학적 과정의 중심적 측면이었고 치환기가 [9]온도 변화를 겪는 반응에 필수적이었다.이전의 화학자들은 상태 변화를 사실상 무시해 버렸습니다. [2]이 열량 이론을 과학적 연구 아래 관심의 대상으로서 이러한 종류의 현상에 대한 시작점으로 만들었습니다.

하지만, 열량 이론의 가장 큰 명백한 확인 중 하나는 피에르 시몬 라플라스의 소리의 속도에 대한 아이작 뉴턴 경의 계산에 대한 이론적 수정이었다.뉴턴은 등온 과정을 가정한 반면, 열량학자 라플레이스는 그것을 [10]단열로 취급했다.이 추가는 소리의 속도에 대한 이론적 예측을 실질적으로 수정했을 뿐만 아니라 측정이 더 정확해졌음에도 불구하고 거의 1세기 동안 더 정확한 예측을 계속했다.

이후의 개발

1798년, 럼포드 백작은 대포를 제조하는 동안 발생하는 열에 대한 그의 조사에 대한 보고서인 "마찰에 의해 흥분되는 열의 근원에 관한 실험적 연구"를 출판했습니다.그는 대포를 반복적으로 천공하는 것이 대포를 열을 발생시키는 능력을 잃는 결과를 초래하지 않으며 따라서 열량도 손실되지 않는다는 것을 발견했다.비록 그의 실험의 실험적인 불확실성에 대해 널리 논의되었지만, 이것은 열량이 보존된 "존재"가 될 수 없다는 것을 암시했다.

그의 결과는 당시 열량 이론에 대한 "위협"으로 여겨지지 않았다. 왜냐하면 이 이론은 대체 운동 [11]이론과 동등하다고 여겨졌기 때문이다.사실, 그의 동시대 사람들 중 일부는 그 결과가 칼로리 이론에 대한 이해를 증가시켰다.

열의 기계적 당량을 측정하는 줄의 장치.

럼포드의 실험은 19세기 중반 제임스 프레스콧 줄과 다른 사람들의 작업에 영감을 주었다.1850년, 루돌프 클라우시우스는 열량학자들의 열 보존 원칙이 에너지 보존 원칙으로 대체되는 한, 두 이론이 정말로 양립할 수 있다는 것을 보여주는 논문을 발표했다.이렇게 해서, 열량 이론은 물리학의 연혁에 흡수되었고, 현대 열역학으로 발전했는데, 여기서 열은 보통 입자(원자, 분자)의 운동에너지를 뜨거운 물질에서 차가운 물질로 전달하는 것입니다.

나중에 에너지 보존의 법칙과 결합하여, 열량 이론은 여전히 열의 일부 측면에 대한 귀중한 물리적 통찰력을 제공합니다. 예를 들어, 열과 온도의 공간 분포 문제에서 라플라스 방정식과 포아송 방정식의 출현입니다.

메모들

  1. ^ 19세기 교육과학서적 '익숙한 것들에 대한 과학적 지식 가이드' 1880년 판은 열량 흐름의 관점에서 열 전달을 설명했다.
  2. ^ a b c d Morris, Robert J. (1972). "Lavoisier and the Caloric Theory". The British Journal for the History of Science. 6 (1): 1–38. doi:10.1017/S000708740001195X. ISSN 0007-0874. JSTOR 4025261.
  3. ^ a b Guerlac, Henry (15 April 2019). Lavoisier-the Crucial Year : the Background and Origin of His First Experiments on Combustion in 1772. ISBN 978-1-5017-4664-2. OCLC 1138503811.
  4. ^ 니콜라스 W. 베스트, 라부아지에의 '플로지스톤에 대한 성찰' II: 열의 본질, 화학의 기초, 2016, 18, 3-13.이 초기 연구에서 라부아지에는 그것을 "불안한 유체"라고 부른다."칼로리"라는 용어는 1787년 루이 베르나르 기동 드 모르보가 라부아지에와 공동 편집한 작품에서 칼로리케를 사용하기 전까지 만들어지지 않았다.명명법 키미크, 페이지 26-74.쿠셰, 파리)"칼로리"라는 단어는 제임스 세인트 존의 가이튼의 에세이 번역본에서 처음 사용되었습니다. (런던 키미컬 명명법의 방법 (1788, 페이지 19–50, 22페이지)에서 체계적인 명명법의 원리를 설명하는 회고록)
  5. ^ 예를 들어 Carnot, Sadi(1824)를 참조하십시오.푸앙스 모트리스 뒤 푸앙스.
  6. ^ a b c d e Brown, Sanborn C. (1967), "The Caloric Theory", Men of Physics: Benjamin Thompson – Count Rumford, Elsevier, pp. 16–24, doi:10.1016/b978-0-08-012179-6.50008-3, ISBN 9780080121796, retrieved 2021-12-03
  7. ^ Sage, Balthazar Georges. Mémoires de chimie. OCLC 1013352513.
  8. ^ Brown, Sanborn C. (1967), "The Caloric Theory", Men of Physics: Benjamin Thompson – Count Rumford, Elsevier, pp. 16–24, doi:10.1016/b978-0-08-012179-6.50008-3, ISBN 9780080121796, retrieved 2021-12-03
  9. ^ a b Khalal, A; Khatib, D; Jannot, B (1999). "Etude theorique de la dynamique du réseau de batio en phase quadratique". Annales de Chimie: Science des Matériaux. 24 (7): 471–480. doi:10.1016/s0151-9107(00)88439-1. ISSN 0151-9107.
  10. ^ Psillos, Stathis (1999). Scientific Realism: How Science Tracks Truth. Routledge. p. 115. ISBN 978-0-203-97964-8.
  11. ^ 예를 들어 Lavoisier, A.-L. de(1783)를 참조하십시오.Mémoire sur la chaleur, lu ar academie royale des sciences, le 28 juin 1783, 파 M. Lavoisier et de La Place.

레퍼런스