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설명
ㆍ줄과 금속을 마찰시켜 금속면의 온도를 변화시킬 수 있다.
ㆍ 원통에 추가 달린 줄을 감고 줄을 돌리게 되면 마찰력이 발생한다.
ㆍ 추를 돌리는 역학적 에너지를 마찰에 의한 열 에너지로 변환시키고 그때의 역학적 일당량을 측정한다.
구성
실험이론
열의 일당량
열역학 제1법칙에 따라 열 에너지가 소비되면 열에너지는 다른 에너지로의 전환된다. 열의 일당량은 열에너지(Q)가 얼마만큼의 역학적 에너지(W)로 전환될 수 있는가에 대한 값을 의미한다. 반대로 역학적 에너지가 얼마만큼의 열에너지로 전환될 수 있는가에 대한 값은 일의 열당량이라고 한다.
- 열의 일당량: W=JQ
- 일의 열당량: Q=W/J
이 실험에서는 질량이 m이고 지름이 d 원통형 알루미늄을 사용하여 열의 일당량을 측정한다. 알루미늄의 중심 축을 수동 크랭크를 사용하여 회전시킨다. 알루미늄 표면을 줄로 마찰하게 되면 그에 따른 마찰열이 발생하게 된다. 마찰력은 줄 끝에 매달린 추의 무게(F)와 동일하다.
따라서, 수동 크랭크를 n번 회전했을 때 알루미늄 몸체에 해준 일(∆W_n)의 양은 아래 식과 같다.
수동 크랭크가 회전하는 동안 마찰 운동을 통해 알루미늄 몸체의 온도는 초기온도 T_0에서 T_n까지 올라간다. 동시에 알루미늄 몸체의 내부에너지(E_n)는 다음과 같이 증가한다.
