열의 일당량, 일의 열당량이란?

열의 일당량, 일의 열당량이 뭐지?
처음 이 용어의 의미가 너무 어려웠어요.
오늘은 열의 일당량과 일의 열당량이 어떻게 구해졌는지 알아볼게요.
 

줄과 열의 일당량

19세기 중간 영국의 물리학자 제임스 프레스콧 줄(James Prescott Joule)은 열과 일 사이의 관계를 실험으로 증명했어요.
물통에 날개를 달아 무거운 추를 떨어뜨리며 물을 휘젓는 장치를 만들었고 추의 낙하로 생긴 기계적인 일이 물의 온도를 상승시키는데 이용된다는 것을 확인했죠. 그 결과 1kcal의 열은 약 427kgf・m의 일이라는 값을 얻게 되었고, 열의 일당량과 일의 열당량의 관계를 정의했어요.
이 실험은 "에너지는 형태만 바뀌고 그 총량은 보존된다"는 에너지 보존의 법칙의 결정적인 증거가 되었어요.
 

열의 일당량

열의 일당량이란 열을 일(Work)로 환산했을 때의 비율이에요.
즉, 1kcal의 열이 몇 줄(J)인가를 나타내는 거죠.
 
1kcal=4.186kJ과 같아요. 쉽게 말해 "이만큼의 열이 있으면, 이정도의 일을 할 수 있다"는 의미입니다.
여기서 1kJ=1,000J과 같으니 1kcal=4,186J과 같아요.
 
따라서 열의 일당량은 4,186J/kcal가 됩니다.
그런데 공조냉동 필기에서 열의 일당량 단위가 달라요.
 
427 kg·m/kcal으로 나타낸 경우가 많아요. 시험에서도 "보기 중 열의 일당량에 해당하는 것은?"이라고 물어보기도 해요.
 
그럼 이건 어떻게 유도되었는지 알아볼게요.
J이 kg·m으로 변환하려면 단위 환산이 필요해요.
1J=1N・m와 같아요. 그리고 1N≈0.102kgf에 해당하죠. (1kgf=9.8N) 그래서 1J=0.102kgf・m가 됩니다.
처음에 알아본 열의 일당량은 4,186J/kcal라 했으니, 4,186J/kcal x 0.102kgf・m/J≈427kgf・m/kcal가 됩니다.
 
내용을 정리하면 다음과 같아요.
• J/kcal는 SI단위이고, kg·m/kcal는 중력 단위계예요.
• 열의 일당량이란 "열을 일로 바꾸면 몇 kgf・m인가?"
• 열의 일당량은 427kgf・m/kcal (시험에서는 427kg・m/kcal로 나오기도 합니다.)
 

일의 열당량

열을 일로 환산한 값이 열의 일당량이라 했으니, 일의 열당량은 일을 열로 환산한 값이에요.
1kcal=4,186J이라 했으니, 이를 kcal/J 단위로 정리하면 됩니다.
즉 1kcal를 4,186J로 나누면 되는데요.
약 0.00024kcal/J이 일의 열당량이 됩니다. 이 단위는 SI단위예요.
 
이 값을 공학단위로 환산해볼게요.
0.00024kcal/J÷0.102kgf・m/J≈0.00235kcal/kgf・m
 
지금까지는 어떻게 이 값이 나오게 되었는가를 설명하는 과정이었고, 조금 쉽게 접근해 볼게요.
SI단위에서 열의 일당량의 단위는 J/kcal이고, 일의 열당량은 kcal/J입니다.
이 둘은 서로 역수 관계에 있어요.
공학단위를 기준으로 열의 일당량의 역수는 (1/427) kcal/kgf・m이 되므로 이 값이 일의 열당량이 됩니다. 
 

상관관계 정리

• 열의 일당량 : 427kgf・m/kcal
• 일의 열당량 : (1/427) kcal/kgf・m
• 둘은 서로 역수 관계
 
✓ 시험에선 하나만 확실하게 외워두고 둘이 역수 관계인 것만 알아두면 됩니다.