砲身旋削の実験へ

産業革命期は、蒸気機関改良の理論的基礎として、熱学の研究が盛んであった。それでは、当時熱とはいかなるものであると考えられていたのだろうか。熱は「熱素」（ｃａｌｏｒｉｃ）という重さのない弾性物質であって、その粒子は相互に反発し、他のすべての物質からは強く引かれていると考えられていた。この考え方が熱素説である。この考え方を使ってほとんどの熱現象が説明できたので、一般にこの説が信じられていた。今日熱量をはかる単位としてカロリー［ｃａｌ］が用いられているが、これは熱素説に由来するものである。左図は熱素圏に取り巻かれたドルトンの原子である。 　 しかし、熱素説では説明できない事実があった。それは摩擦による温度の上昇である。これを説明するために考え出された理論が熱運動論である。この熱運動論の立場にたったのがランフォード（Ｒｕｍｆｏｒｄ　１７５３〜１８１４）である。彼のいくつかの実験について考えてみよう。

実験１．

２つの同じ大砲に等量の火薬を使用し、一方には_ア弾丸を込め、他方には_イ弾丸を込めずに発砲した。このときの砲身の熱さを比べる。

◇ランフォードの実験予測(推論) 砲身の加熱は、熱素説に従えば火薬の発熱に基づくと考えられる。したがって、弾丸を込めて発砲するときの方が、火焔が砲身内に長く閉じこめられていることになるので、砲身はより熱くなると考えられる。

Ｑ４．ランフォードの実験予測は、熱素説の立場にたって行われた。この立場に従えば、ア、イ、どちらの場合がより熱くなると考えられるか。

この実験事実からランフォードは、上記の実験予測の推論は誤っていると考え、この実験事実を説明するために次のように推論を訂正した。

ランフォードは、この実験事実を次のように説明した。 　 　◇ランフォードの推論 　　 円筒が回転し続ける限り水は沸騰し　続けるので、熱は無尽蔵に出てくると　考えられる。発熱の原因が円筒内に貯えられた熱素の放出によるものならば、無限に出てくることは有り得ない。したがって、発熱の原因は熱素の放出ではない。

　ランフォードは次のように結論した。

◇課題実験１

摩擦によって熱が出てくることを確認する実験を考えよ。