열과 일

를 시키거나 를 급격히 하면 열이 발생하고 가 올라간다. 반대로 열 출입이 없도록 하고 기체를 시키면 온도가 내려간다. 이 사실을 통해서 온도가 바뀌는 것은 반드시 열의 이동만으로 이루어지는 것이 아니라 적 일에 의해서도 이루어진다는 사실을 알 수 있다. 역학적 일 W erg와 일정량의 열 Q ㎈ 사이에는 W=4.186×10⁷Q인 관계가 성립한다. 따라서 1㎈는 4.186×10⁷erg의 에 해당하는데, 이 값을 열의 일당량이라 한다. 의 열적 상태(온도와 의 응집상태)를 결정하는 것은 그 물체의 내부에너지인데 이는 분자의 역학적에너지로서 물체 내에 저장되어 있다.

열이란 이 내부에너지의 변화에 불과하다. 이러한 입장에서 물체의 현상을 보면 열과 역학적 일은 모두 내부에너지를 변화시키는 요인으로서 동등한 것이며, 따라서 열은 에너지의 한 형태에 지나지 않는다고 할 수 있다. 물체가 각각 열적 상태에 대응한 에너지를 가지고 있다는 것은 단순히 물체가 열을 다른 물체에 제공할 수 있을 뿐 아니라 역학적 일을 할 수 있는 을 가지고 있다는 것을 의미하며, 적당한 방법으로 내부에너지의 변화, 즉 열의 일부를 역학적 일로 바꿀 수 있다. 증기기관이나 내연기관 등 열기관이 바로 이것이다. 일반적으로 역학적 일은 전부 열로 바꿀 수 있는 데 반해 열을 전부 일로 바꾸는 것은 원리적으로 불가능하다.