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줄의 물갈퀴 실험 (열의 일당량)

떨어지는 추로 물을 휘저으면, 물은 정말 따뜻해질까요?

무슨 일이 일어났나

줄의 장치에서는 떨어지는 추가 물갈퀴를 돌려 물을 휘저었고, 그러자 물 온도가 조금 올랐습니다(Science Museum).

Science Museum 에 따르면 그 온도 오름은 추가 한 일에 정비례했고, 줄은 1840 년대 초에 처음으로 열의 일당량을 쟀습니다.

시뮬레이터에서 10 kg 추가 2 m 씩 20 번 떨어지면 한 일은 3.92 kJ 이고, 그 일이 모두 물 1 kg 에 들어가 0.938 K(화면 938 mK) 오르며, 추를 20 kg 으로 바꾸면 1.88 K 입니다.

줄은 1860 년 무렵에도 물갈퀴로 더 정밀한 측정을 했습니다(Science Museum).

💡 생활 속 예시

망치로 못을 여러 번 세게 박고 나면 못 머리가 따뜻해집니다 — 망치가 한 일이 열로 바뀐 것입니다.
모래를 비닐봉지에 담아 수십 번 세게 흔들면, 흔든 일이 열로 바뀌어 모래가 아주 조금 따뜻해집니다.

누가 왜 찾았나

제임스 프레스콧 줄(James Prescott Joule, 1818–1899)은 맨체스터 근처 Oak Field 에서 «열의 일당량에 관하여» 를 썼고, 왕립학회는 1849 년 6 월 6 일 원고를 받아 6 월 21 일에 읽었습니다(왕립학회 기록). 그는 물갈퀴 열량계로 일정한 양의 일이 일정한 양의 열을 만드는지를 살폈고, 온도 오름이 한 일에 정비례한다는 결과를 얻었습니다(Science Museum).

확인된 값

줄의 원래 열량계(물갈퀴 장치) — Science Museum 소장 1876-492: paddle-wheel apparatus 출처
떨어지는 추가 물갈퀴를 돌려 물을 휘젓고, 물 온도가 조금 올랐다: falling weights 출처
온도 오름은 추가 한 일에 정비례했다: direct proportion 출처
첫 열의 일당량 측정 — 1840 년대 초: early 1840s 출처
논문을 쓴 곳 (맨체스터 근처 Oak Field): Oak Field, near Manchester 출처
왕립학회에서 논문을 읽은 날 (1849 년 6 월 21 일): 1849 출처
더 정밀한 측정에 쓴 물갈퀴 (1860 년 무렵): 1860 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 물리학 실험 · 역학 [12물실02-10]
한국 2022 · 물리학 · 힘과 에너지 [12물리01-05]

출처

https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/objects/co2526/mechanical-equivalent-of-heat-apparatus(확인 2026-11-12)
https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/objects/co8404651/paddlewheel-replica(확인 2026-11-12)
https://makingscience.royalsociety.org/items/pt_37_3/paper-on-the-mechanical-equivalent-of-heat-by-james-p-prescott-joule(확인 2026-11-12)
https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/objects/co8404691/paddlewheel-used-by-james-joule(확인 2026-11-12)