열 및 통계역학의 역사
I. 배경
에너지 원리, 즉 힘의 일원성(一元性)과 보존 원리의 싹은 18세기까지 거슬러 올라간다. 물론, 최초의 암시를 찾는다면 찾는다면 훨씬 먼 옛날로 거슬러 올라가야 한다. 열역학 제 1법칙, 즉 에너지 보존 원리의 역할에서 탄생하여 처음에는 역학에만 한정되었다. 그런데 열이 불가량적인 열소(熱素)라는 것으로 이루어진 것이 아니라 극소 미분자의 운동과 관계가 있다는 인식이 등장하면서 역학과 불가량 물질(不可量 物質)의 물리학 사이에 다리가 놓여졌다. 그리고 일단 열이 운동의 한 발생한다는 사실도 분명해졌다.
열역학에서 기계적 에너지와 열에너지와의 관계를 정량적으로 정밀하게 측정하고, 일과 열의 상호 전환을 명확히 증명하려고 사람들은 1850년대에 독일의 마이어(Jlius Robrt Meyer, 1814-78)와 헬름홀츠(Hermann Helmholtz, 1821-94)및 영국의 줄(James Prescott Joule, 1819-90)이었다.
마이어는 힘의 보존 원리를, 줄은 실험적 증명을 통해 열과 일은 동일한 하다는 이론은 완성하였다. 마이어도, 줄도 열은 역학적 일로 변환될 수 었으며 그 역도 가능하다고 단언했다. 두 사람은 독립적으로 자연예서 언제 어떠한 경우에도 변환은 될 수 있지만 파괴되지 않는 어떤 본질이 존재한다고 주장했다. 그들은 현대의 열의 개념을 완성했고 에너지 보존이라는 현대과학의 원리도 생각해 냈다. 헬름홀츠는 영구기관 불가능의 원리를, 클라우지우스(Rudolf Emmanuel Ciausius, 1822-88, 독일)는 마이어, 줄, 헬름홀츠가 창조한 이론을 완성하였다. 아래에서는 역학에서의 에너지 보조개념과 열역학의 등장과 완성과정, 에너지 보존 원리를 세운 마이어, 줄, 헬름홀츠의 업적에 대해 살펴본다.
II 역학적 에너지 보존
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2013.06.05
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