●熱の仕事当量【ねつのしごととうりょう】

仕事とこれに等しいエネルギーの熱量との比。すなわち2つのエネルギー単位のカロリーからジュールへの換算率。記号はJ。カロリーの定義が多様であるため種々のJの値があるが，日本の計量法では J＝4.18605J/cal を使用している。SIではこの不定性のため，熱量の単位にはカロリーを廃止してジュールを採用しているので熱の仕事当量という語は廃語となった。Jの値は 1843年 J.P.ジュールの羽根車の実験によって初めて測定された。

1カロリーの熱量が、何ジュールの仕事に相当するかを示す値。熱量を仕事に換算する定数で、記号Jを用い、J＝4.1855J／cal（ジュール毎カロリー）である。

熱はエネルギーの一形態である。物体のもつエネルギーを一定量増加させるにはある量の熱を与えてもよいし，摩擦や抵抗により一定量の力学的，あるいは電磁気的エネルギーを使う，すなわち仕事によってもよい。この仕事の量Wと熱量Qとの比W/Qを熱の仕事当量という。エネルギーは生成消滅しない保存量である(熱力学の第1法則)から，この比は，両方ともエネルギーである熱および仕事を測る単位にしかよらない。ふつう，14.5℃の水1gを15.5℃に上げるのに必要な熱量を熱量の単位とし，カロリー(cal)と呼ぶ。

熱エネルギーが機械的エネルギーに変換されるときの旧単位系での単位の違いを補正する修正係数。両方のエネルギーを同じ単位で測定すれば1になる。昔は熱は物質と考えられていたが、1798年イギリスのベンジャミン・ランフォードは大砲の穴を切削するときに大量の熱が出ることを発見し、また1799年イギリスのハンフリー・デービーは真空中で氷をこすり合わせると融解することを発見し、熱が物質ではないことを示した。1842年ドイツのジュリアス・ロバート・フォン・マイヤーは熱も機械的エネルギーと同等のエネルギーであることを示し、空気の定圧比熱と定容比熱と体積膨張率とから1キロカロリーの熱は367キログラム重メートルに等しいことを明らかにした。またイギリスのジェームズ・プレスコット・ジュールは、よく保温し密閉した容器の中に水を入れ、その中に入れた羽根車を一定の距離だけ鉛のおもりが落下するときにその力で回転させるようにした装置で実験し、おもりの落下の仕事と水の温度上昇とから1キロカロリーが424.3キログラム重メートルであることを示した。これは逆の場合も同様で、高温の熱源から低温の熱源に流れる熱量は当量の機械的エネルギーに変換されることも示している。その後の研究によって、正確な値は1キロカロリーが426.80キログラム重メートルに相当することがわかった。なお国際単位系では仕事も熱も同じ単位ジュールまたはエルグなので、熱の仕事当量は1になり、補正は必要ない。なお1キロカロリーは4.186キロジュールである。

［吉田正武］

1840年代，J.P. Jouleが，羽根車の実験などによって，熱量と機械的な仕事は，違った現れ方をしたエネルギーそのものであることを証明した．このことは，エネルギーの概念を確立した画期的なできごとであった．そのころからごく最近まで，熱量はカロリー(cal)で表され，機械的エネルギーである仕事はジュール(J)で表されてきた．この二つのエネルギー単位の関係を表したものが熱の仕事当量である．現在 cal は，J を国際単位系(SI単位)から導かれるエネルギーの誘導単位として

1 cal ＝ 4.1840 J
と定義されている．カロリーという単位には長い歴史があり，さまざまな定義が異なる学問分野で使用されているが，それらはSI単位としては推奨されていない．