휘저으면 물이 따뜻해지는 이유는?

그때 그곳

19세기 초까지 열은 물질이라고 여겨졌습니다. 칼로릭이라는 보이지 않는 유체가 뜨거운 것에서 찬 것으로 흘러간다는 설명이었죠.

그런데 이상한 일이 있었습니다. 대포 포신을 깎을 때, 무딘 날로 아무리 오래 깎아도 열이 계속 나옵니다. 칼로릭이 물질이라면 언젠가 다 빠져나가야 하는데 끝이 없습니다.

왜 이 질문이었나

줄은 맨체스터의 양조장 집 아들이었습니다. 대학에 자리가 없었고, 양조장을 운영하며 실험했습니다.

그가 만든 장치는 이렇습니다. 물통 안에 날개를 넣고, 추를 떨어뜨려 그 날개를 돌립니다. 추가 떨어진 높이를 재면 들어간 일의 양을 알고, 물의 온도를 재면 나온 열의 양을 압니다.

온도 변화는 아주 작았습니다. 그는 200분의 1도까지 읽을 수 있는 온도계를 직접 만들었습니다.

알아낸 것

같은 양의 일은 언제나 같은 양의 열을 냈습니다. 물을 저어도, 수은을 저어도, 전기를 흘려도, 심지어 공기를 압축해도 비율이 같았습니다.

열은 물질이 아니라 에너지의 한 형태였던 겁니다. 일이 열로 바뀐 것이지, 무언가가 흘러나간 게 아니었습니다.

여기서 열역학 제1법칙이 섭니다. 에너지는 형태를 바꿀 뿐 생기지도 사라지지도 않는다. 그가 신혼여행 중에도 폭포 위아래의 물 온도를 쟀다는 이야기가 전합니다.

이 카드에 나온 말

보존법칙열에너지