理論値とは

calとJの単位換算について
1[cal] = 4.19[J]というのが理論値ですよね。

理論値の定義とはいったい何なのでしょうか？
ご回答お待ちしております。

No.2 ベストアンサー 回答者： FM-8 回答日時： 2004/07/08 23:17

私も，ご質問を見て検索してみただけなので，

不正確かもしれません．

私は，高校の時に，
1[cal]というのは，1[g]の水を1[゜C]上昇させるときの
必要なエネルギーと習いました．
#1様の定義が正確なのだろうと思います．

一方，1[J](ジュール)は，
1[N]の負荷をひきづって，1[m]移動したときの「仕事」としてこれも，高校のときに習いました．

ご質問は，この2つの単位をむすびつけるものですね．
「ジュール」と言う人が行った実験が元になっていると思います．

www.google.com で
「ジュールの実験　0.24 」
検索したら，いろいろ出てきました．
よろしければ，ご参考に．

つまり，4.19というのは，「実験値」です．
ご質問の「理論値」が何を指しているのかわかりませんが，ある意味では，「物理定数」と言えるでしょう．



ちなみに，余談ですが，高校時代の物理の先生の話ですが，
この「ジュール」と言う人は，新婚旅行で大きな「滝」のあるところに旅行したそうです．そして，奥さんを放置しておいて，滝の上と下での水温の差を測定して「なるほど!」とやっていたと言うことです．滝の上下での水の位置エネルギーと温度差について実測したのでしょう．ジュールさんて，すごい人ですね．

その後，この御夫妻がどのように暮らしたかまでは，高校の先生も教えてくれませんでした．

No.4 回答者： hagiwara_m 回答日時： 2004/07/09 16:13

大学初年級の学生実験で、関連する疑問や混乱に出会うことがよくありますので、コメントします。

cal の定義にはいくつかの種類があるのです。代表的なのは、

(1) 1atmの圧力下、1gの純水の温度を、(t-0.5)℃から(t+0.5)℃まで上昇させる熱量，〔t度カロリー〕

(2) 1atmの圧力下、1gの純水の温度を、0℃から100℃まで上昇させる熱量の 1/100，〔平均カロリー〕

(3) 4.184J の仕事に相当する熱量，〔熱化学カロリー〕

(4) 4.1868J の仕事に相当する熱量，〔国際蒸気カロリー〕

などです。

このうち、(3)と(4)は、Jとcalの換算係数そのものを約束する定義ですから、理論とは関係ありません。また、実験的に求められるものでもありません。

(1)と(2)は、水という物質の性質を利用した定義です。つまり、温度を上げる何ものかを「熱量」と呼び、これを「ジュール」などのエネルギーで表わすといくらになるかは実験で決めようという立場です。実験を行う代わりに、水の物性を理論的に予想しようとすると、ibm_111さんのような見解になるでしょう。

---ということで、自分の実験値、文献の実験値、定義値、ある理論による計算値、これらの意味の区別をはっきりさせることが、先ず必要です。

No.3 回答者： noname#108554 回答日時： 2004/07/09 10:56

水素結合を無視(水を理想気体とみなす)すれば、比熱の理論値はでます。

しかし、その値は、
1[cal] = 1[J]ちょっと
ぐらいになって小さすぎます。

水素結合まで考慮して第一原理から理論値を出そうと思ったら
おそらく1冊本が書けます。
まあ、解析的には無理な話でしょう。

No.1 回答者： tomikou0000 回答日時： 2004/07/08 18:17

純水１ｇの温度を１気圧のもとで

１４．５℃から１５．５℃に上げるのに必要な熱量を
「１ｃａｌ」と定義しています。

元々J(ジュール)は仕事量の単位で、
大きさ１Ｎ（ニュートン）の力が
その力の向きに物体を１ｍ動かすときになす仕事を
「１Ｊ」と定義しています。
そこで、
純水１ｇの温度を１気圧のもとで
１４．５℃から１５．５℃に上げるのにかかる仕事量を
ジュールで表すと、4.19Jとなるのです。
よって、1[cal] = 4.19[J]　
　すなわち　1[J]≒0.24[cal] となります。