율리우스 로베르트 폰 마이어

3. 연구 내용

마이어는 물체의 운동, 열, 전기와 같은 현상의 원인을 "힘"이라고 정의하고, 그 "힘"의 양은 항상 일정하며 소멸하지 않는다고 주장했다.^[19] 여기서 마이어가 언급한 "힘"은 현대의 에너지 개념에 가깝다.^[20] 마이어는 힘의 특성으로 불멸성, 전환 가환성(어떤 힘이 다른 힘으로 바뀔 수 있다는 것), 불가측량성(힘이 물질과 달리 무게를 가지지 않는다는 것)을 제시했다.

마이어는 "힘"은 보존되지만, 현실에서는 움직이는 물체의 "운동의 힘"이 다른 물체의 운동의 힘으로 전달되지 않고 멈추는 일이 자주 발생한다고 보았다. 그는 에너지 보존 법칙을 성립시키려면, 이 현상에서 운동은 열로 변환되었다고 생각해야 한다고 보았다.^[22][23]

마이어는 열과 운동의 관계성에 주목했지만, 열이 (분자의) 운동이라는 생각에는 반대했다.^[24] 운동과 열은 모두 "힘"이며 서로 변환 가능하지만, 질적으로는 별개의 것이라고 생각했다.^[26]

1842년 마이어는 일정한 양의 열을 발생시키기 위해 필요한 운동의 양, 즉 열의 일당량 개념을 제시했다. 그는 유스투스 폰 리비히의 ''화학 및 약학 연보'' 5월호에 게재된 논문에서 실험 데이터를 바탕으로 열의 일당량 값을 계산했다.^[4][5]

마이어는 10334kg/m³ 압력, 0℃의 공기 1m³를 기준으로 계산했다. 공기의 정적 비열은 0.2172kcal, 정압 비열은 0.3064kcal이다. 1℃ 온도 상승으로 부피가 1/273 증가할 때 수행되는 일은 비열의 차이와 같다. 이 방법으로 처음 열의 일당량을 구했지만, 당시 실험 데이터의 오차로 인해 실제 값보다 약 10% 작은 값을 얻었다.

마이어는 이상 기체의 정압 비열과 정적 비열 사이의 관계를 유도했다. 그 관계는 다음과 같다.

:$C\_\{P,m\}\; -\; C\_\{V,m\}\; =\; R$

여기서 ''C_P,m''은 일정 압력에서의 몰 비열, ''C_V,m''은 일정 부피에서의 몰 비열이며, ''R''은 기체 상수이다.

마이어는 자신의 에너지 보존 법칙을 열 이외의 분야에도 적용했다. 예를 들어, 식물은 태양으로부터 에너지를 받아 화학적 에너지로 변환하고, 동물은 식물을 섭취하여 에너지를 얻어 이를 운동 에너지로 바꾸어 생명을 유지한다고 주장했다.^[1]

1848년 논문에서는 태양 에너지에 관해서도 언급했다. 태양이 만들어내는 열의 양은 계산상 엄청나서, 만약 태양 에너지를 석탄과 동일하다고 가정하면, 2000년에서 3000년 안에 태양은 소진될 것이라고 지적했다. 그럼에도 불구하고 태양이 현재에도 존재하는 것은 운석이나 혜성이 태양과 충돌하기 때문이라고 생각했다. 이 충돌 에너지를 열로 환산하면, 같은 무게의 석탄 수천 배에 달한다고 계산했다.^[1]

3. 1. 에너지 보존 법칙

3. 2. 열의 일당량

3. 3. 마이어의 관계식

3. 4. 기타 연구

4. 평가

마이어는 어린 시절부터 기계 장치에 큰 관심을 보였고, 다양한 물리 및 화학 실험을 즐겼다. 1841년 "힘의 정량적 및 정성적 결정에 관하여"라는 첫 과학 논문을 발표했지만, 이 논문은 거의 주목받지 못했다. 이후 열과 운동에 관심을 가진 그는 열의 역학적 등가성에 대한 수치를 제시하고, 생물의 주요 에너지원인 산화 과정을 최초로 설명했다.^[3]

그러나 그의 업적은 당시 인정받지 못했고, 제임스 줄에게 그 공로가 돌아갔다. 이로 인해 마이어는 자살을 시도하기도 했으며, 정신 병원에서 치료를 받기도 했다. 그의 논문 중 일부는 물리학과 화학의 발달된 특성 덕분에 출판되었고, 1859년 튀빙겐 대학교에서 명예 박사 학위를 받았다. 1862년 존 틴들이 그의 연구를 재조명했으며, 1867년 "Die Mechanik der Wärme"를 출판하여 열역학에 대한 자신의 이론을 설명했다. 뷔르템베르크 왕국은 그에게 귀족 작위를 수여하기도 했다.^[3]

마이어는 에너지 보존 법칙을 처음으로 언급한 사람 중 한 명으로, 비록 물리학 지식 부족으로 그의 첫 논문은 출판되지 못했지만, 이 아이디어를 꾸준히 추구하여 열역학 제1법칙 정립에 기여했다.^[4][5][6] 그는 열의 역학적 등가성을 계산하여 일과 열이 서로 변환될 수 있는 에너지 형태임을 밝혔다.^[7]

하지만 그의 발견은 동시대 물리학자들에게 받아들여지지 않았고, 헤르만 폰 헬름홀츠와 제임스 프레스콧 줄 등은 그의 아이디어를 적대시하며 우선권 논쟁을 벌이기도 했다.

마이어는 과학적 업적 외에도 1840년 뷔르템베르크 왕관 훈장 기사 십자장을 받았고, 1869년 퐁슬레 상을 수상했다.^[8] 그의 이름을 딴 학교와 천문대도 있다. 화학 분야에서는 마이어 시약을 발명했다.

4. 1. 19세기 후반의 평가

4. 2. 현재의 평가

참조

_[1] 논문 Remarks on the Forces of Nature https://archive.org/[...] 1841
_[2] 웹사이트 30+ Variations of the 1st Law of Thermodynamics IoHT Publications
_[3] 서적 The Timetables of Science https://archive.org/[...] Simon and Schuster
_[4] 간행물 Annalen der Chemie und Pharmacie 1842
_[5] 학술지 Bemerkungen über die Kräfte der unbelebten Natur
_[6] 학술지 Remarks on the Forces of Inorganic Nature https://www.biodiver[...]
_[7] 문서
_[8] 서적 Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences Gauthier-Villars
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_[36] 사전 科学・技術人名事典
_[37] 서적 山本(2009)
_[38] 서적 山本(2009)
_[39] 서적 渋谷(2008)
_[40] 서적 山本(2009)
_[41] 서적 山本(2009)
_[42] 서적 山本(2009)
_[43] 서적 山本(2009)
_[44] 서적 クロッパー(2009)