일의 열당량과 열의 일당량 계산 (kgf·m/kcal)

열역학 제1법칙은 간단하게 에너지 보존 법칙으로 요약을 할 수 있는데, 조금만 풀어서 쓰면 에너지는 다른 형태로 바뀔 수는 있으나 새롭게 생성되거나 소멸되어 사라지지 않고 보존이 된다는 것입니다. 따라서 열과 일은 모두 에너지의 한 형태이기 때문에 일과 열이 서로 전환이 가능하다는 것이죠.

 

그러면 일의 열당량과 열의 일당량이라는 개념만 안다면, 위의 에너지 보존 법칙에 대한 설명 만으로도 쉽게 계산하여 전환을 할 수가 있습니다.

 

열의 일당량과 일의 열당량

 

일의 열당량

일의 열당량이라는 것은 쉽게 표현을 하면 일을 열량과 비교하였을 때 환산할 수 있는 양이라고 이해를 하면 됩니다. 다시 말해서 역학적 에너지가 얼마만큼의 열에너지로 전환할 수 있는가가 되는데요, 아래와 같이 쉽게 계산을 해볼 수가 있습니다.

 

과학에서 말하는 일이라는 것은 기본적으로 물체에 힘을 작용시켜서 물체가 힘의 방향으로 이동을 하게 되는 경우를 뜻하기 때문에, 아래와 같이 물체에 작용한 힘의 크기와 물체가 힘의 방향으로 이동한 거리를 곱하여 계산을 합니다.

 

일(J) = 힘(N) x 이동한 거리 (m)

 

여기서 우리는 J(줄)이라는 단위가 물체에 1N의 힘을 가했을 때 힘의 방향으로 물체를 1m 이동시키면 한 일의 양이라는 것을 쉽게 알 수가 있습니다. J 단위의 변환은 아래의 링크를 참고하시면 되고요, 우리는 kgf 단위에 대해 확인을 해보려고 합니다.

 

2024.04.09 - [과학] - J 단위 변환과 개념

J 단위 변환과 개념

 

1 kgf = 9.8 N 이기 때문에 아래와 같은 계산이 성립이 됩니다.

 

1 kgf · m = 9.8 N · m = 9.8 J

 

혹시 kgf 단위에 대한 이해가 필요하다면 아래 링크를 참조하시면 됩니다.

 

2024.04.19 - [과학] - kgf 단위 개념과 kgf가 적용된 압력 단위 변환

kgf 단위 개념과 kgf가 적용된 압력 단위 변환

 

여기서 1 cal = 4.184 J, 1 kcal = 4184 J 이므로,

 

1 kgf · m = 9.8 J x 1 cal / 4.184J = 2.34 cal

9.8 J = 2.34 cal

 

따라서, 최종적으로 일의 열당량은 아래와 같이 됩니다.

 

1 kgf · m = 2.34 cal = 0.00234 kcal

9.8 J = 2.34 cal = 0.00234 kcal

 

일의 열당량 = 1/427 kcal / kgf · m

일의 열당량 = 1/4184 kcal / J

 

열의 일당량

열의 일당량은 이제 일의 열당량의 개념과 반대로 이해를 하면 되겠죠. 열에너지가 얼마만큼의 역학적 에너지로 전환이 될 수 있는가를 보면 됩니다. 단순하게 일의 열당량에 역수를 취해주면 계산이 됩니다.

 

1 cal = 0.427 kgf · m

1 kcal = 427 kgf · m

1 kcal = 4184 J

 

열의 일당량 = 427 kgf · m / kcal

열의 일당량 = 4184 J / kcal