Mechanical equivalent of heat

A correction factor that corrects for the difference in units in the old system of units when thermal energy is converted into mechanical energy. If both energies are measured in the same units, it becomes 1. In the past, heat was thought to be a substance, but in 1798, Benjamin Rumford of England discovered that a large amount of heat was generated when drilling a hole in a cannon, and in 1799, Humphry Davy of England discovered that ice melts when rubbed together in a vacuum, demonstrating that heat is not a substance. In 1842, Julius Robert von Mayer of Germany showed that heat is the same energy as mechanical energy, and clarified that 1 kilocalorie of heat is equal to 367 kilogram-force meters from the specific heat at constant pressure and specific heat at constant volume of air and the volumetric expansion coefficient. In addition, James Prescott Joule of England conducted an experiment using a device in which a well-insulated, sealed container of water was filled with water and a wheel was placed inside it, which was rotated by the force of a lead weight falling a certain distance. Using the work done by the weight falling and the temperature rise of the water, he showed that 1 kilocalorie is 424.3 kilogram-force meters. This also shows that the reverse is true, and that the amount of heat flowing from a high-temperature heat source to a low-temperature heat source is converted into an equivalent amount of mechanical energy. Subsequent research has shown that the exact value is 426.80 kilogram-force meters. In the International System of Units, work and heat are both in the same unit, joules or ergs, so the work equivalent of heat is 1 and no correction is necessary. 1 kilocalorie is 4.186 kilojoules.

[Masatake Yoshida]

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熱エネルギーが機械的エネルギーに変換されるときの旧単位系での単位の違いを補正する修正係数。両方のエネルギーを同じ単位で測定すれば1になる。昔は熱は物質と考えられていたが、1798年イギリスのベンジャミン・ランフォードは大砲の穴を切削するときに大量の熱が出ることを発見し、また1799年イギリスのハンフリー・デービーは真空中で氷をこすり合わせると融解することを発見し、熱が物質ではないことを示した。1842年ドイツのジュリアス・ロバート・フォン・マイヤーは熱も機械的エネルギーと同等のエネルギーであることを示し、空気の定圧比熱と定容比熱と体積膨張率とから1キロカロリーの熱は367キログラム重メートルに等しいことを明らかにした。またイギリスのジェームズ・プレスコット・ジュールは、よく保温し密閉した容器の中に水を入れ、その中に入れた羽根車を一定の距離だけ鉛のおもりが落下するときにその力で回転させるようにした装置で実験し、おもりの落下の仕事と水の温度上昇とから1キロカロリーが424.3キログラム重メートルであることを示した。これは逆の場合も同様で、高温の熱源から低温の熱源に流れる熱量は当量の機械的エネルギーに変換されることも示している。その後の研究によって、正確な値は1キロカロリーが426.80キログラム重メートルに相当することがわかった。なお国際単位系では仕事も熱も同じ単位ジュールまたはエルグなので、熱の仕事当量は1になり、補正は必要ない。なお1キロカロリーは4.186キロジュールである。

［吉田正武］

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