年表_物理学/化学_19-FH

ﾔﾝｸﾞの実験(2ｽﾘｯﾄ実験)

光の干渉現象

光の波動説を支持

三原色の説

1800年にﾔﾝｸﾞはﾛﾝﾄﾞﾝで医師として開業。また王立研究所教授に就任し、公開講座で光の干渉実験を実施。2ﾘｽｯﾄ実験は光の回折･干渉現象を端的に示し、ﾔﾝｸﾞは光の干渉縞を初めて観測。干渉縞は波動説では説明可能だが、粒子説では説明が難しい。従来、ﾆｭｰﾄﾝの粒子説(1704年)が優勢であったが、本実験を契機として波動説が改めて脚光を浴びた。なお当時、光は縦波(進行方向に対する振動)と認識されており、依然として粒子説からの波動説への批判の余地は残っている。

小惑星ｾﾚｽ(またはｹﾚｽ)

※小惑星帯(ﾒｲﾝﾍﾞﾙﾄ)では最大

※ﾃｨﾃｨｳｽ=ﾎﾞｰﾃの法則のn=3

天文学者ﾋﾟｱｯﾂｨは、火星と木星の間で周っている小惑星を発見。ｹﾚｽ(ｾﾚｽ)と命名される。経験則のﾃｨﾃｨｳｽ=ﾎﾞｰﾃﾞの法則(ﾃｨﾃｨｳｽ/1766年)のn=3に相当。現在でも小惑星帯(ﾒｲﾝﾍﾞﾙﾄ)における最大の天体である。

紫外線(化学線)

紫外線の化学作用

1802

1802

書物『化学哲学の新体系』

原子論、原子量(相対質量)

倍数比例の法則

ﾍﾝﾘｰの法則

ﾅﾎﾟﾚｵﾝはﾌﾗﾝｽ革命(1789年~1799年)に砲兵将校として参加。ｲﾀﾘｱ派遣軍司令官として勝利し、1799年のｸｰﾃﾞﾀｰで執政し、1804年に皇帝となる。ﾅﾎﾟﾚｵﾝは電池に関心を抱き、1801年に発明者ﾎﾞﾙﾀをﾊﾟﾘに招聘し、電池を用いた実験を見学している。

電気めっき法(電鍍)

ﾛｲｽは粘土が混じる水に電場を掛け、陽極側に負に帯電する粘土粒子が集まり濁る一方で、陰極側の水は濁らないことを発見。

ｱﾙｶﾘ金属元素

(NaとK)

蒸気船(汽船)の実用化

ｱﾙｶﾘ土類金属元素

(Mg,Ca,Sr,Ba)

ｱｰｸ放電(電弧放電)

ｱｰｸ灯

ｹﾞｲ･ﾘｭｻｯｸの法則

第一法則

第二法則

第一法則(気体反応の法則)が通常、

第二法則(ｱﾓﾝﾄﾝの法則,ｼｬﾙﾙの法則)

等温等圧下の気体反応では、反応物と生成物の気体の体積には簡単な整数比が成立することを発表。

※水素と酸素から水ができる反応の説明では、酸素原子が半分に分割される必要があり、原子をそれ以上分割不能な極限の粒子と定義したﾄﾞﾙﾄﾝの原子論では説明できないｹｰｽが浮上した。

偏光(直線偏光)

ﾅﾎﾟﾚｵﾝのｴｼﾞﾌﾟﾄ遠征で障害を患い帰国した技術軍人ﾏﾘｭｽは、透明方解石(氷州石)の複屈折の研究に取り組んだ。ある時、宮殿の窓を反射する夕日の光に対して氷州石を通すると、二重に見える景色の一方が暗く見えた。また氷州石を回転させると光の明るさが変化した。その後ｶﾞﾗｽの反射光を研究し、偏光(直線偏光)を発見した。

断熱自由膨張の実験

(ｹﾞｲ･ﾘｭｻｯｸ=ｼﾞｭｰﾙの実験)

ｷｬﾍﾞﾝﾃﾞｨｯｼｭ、逝去

膨大な遺稿(実験ﾉｰﾄ)

ｷｬﾍﾞﾝﾃﾞｨｯｼｭが生前発表した重要な研究では、水素の発見(1766年)、水素と酸素による水の合成(1784年)、ねじり秤による地球の密度測定もしくは万有引力定数の測定(1798年)などが有名であるが、これらは成果のほんの一部に過ぎない。

彼の死後、その莫大な財産と一緒に未発表の膨大な量の手稿(実験ﾉｰﾄ)が遺される。その実験ﾉｰﾄは64年後の1874年に電磁気学の創始者ﾏｸｽｳｪﾙに解読され、時代を先取りした研究成果が既になされていたことが明らかとなる。

電気化学的二元論

※無機化学のｲｵﾝ結合の理論

ﾍﾞﾙｾﾘｳｽはﾃﾞｰﾋﾞｰとの電気化学研究を基づき、化学結合を包括的に説明する電気化学的二元論を展開。化合物中の原子は電気力で結合し、これが電流により分解されると考えた。各元素の原子は極性を持ち、酸素は全元素の中で最も負、金属は概ね正とした。正と負が引き合い化合物となり、化合物も極性を持つとした。

電気化学的二元論は無機化合物の結合(ｲｵﾝ結合)に有効であったが、1830年以降に発展する有機化学における有機化合物の結合(共有結合)の説明には不向きであった。

分子説

ｱﾎﾞｶﾞﾄﾞﾛの仮説

※後にｱﾎﾞｶﾞﾄﾞﾛの法則

ｱﾎﾞｶﾞﾄﾞﾛはﾄﾘﾉの名家に生まれ、法律を学び弁護士になった。しかし自然科学に興味を抱き気体の研究を始め、1809年にはｳﾞｪﾙﾁｪｯﾘ大学の物理学教授となった。様々な気体を反応させ、反応前後の体積比が整数比になることを発見。「同圧力、同温度、同体積の全ての種類の気体には同じ数の分子が含まれる」という仮説(ｱﾎﾞｶﾞﾄﾞﾛの仮説)を発表。ｱﾎﾞｶﾞﾄﾞﾛの実験は、22.4Lの気体を基準に行われ、水素22.4Lと酸素22.4Lを反応させると水蒸気44.8Lが得られた。この22.4Lという基準の理由は、水素2g、酸素32g、窒素28gなど質量での切りが良いため。

ｱﾎﾞｶﾞﾄﾞﾛの仮説は「分子」の概念を導入した点で重要。気体反応に対するﾄﾞﾙﾄﾝの原子論による説明が抱えた量的な矛盾をうまく説明した。ｱﾎﾞｶﾞﾄﾞﾛの仮説がｱﾎﾞｶﾞﾄﾞﾛの法則と呼ばれるのは、分子の実在性が確認された後となる。

書物『確率の哲学的試論』

ﾗﾌﾟﾗｽの悪魔

※力学的決定論の権化

高品質のｶﾞﾗｽを作り、光の波長と屈折率の精密測定を行った。太陽光ｽﾍﾟｸﾄﾙに600本近い暗線の存在を確認したが、その解釈まではできなかった。後にｷﾙﾋﾎｯﾌにより、暗線はその波長の光を吸収した物質の存在により作られることが明らかとなる。

1815

ﾌﾞﾙｰｽﾀｰの法則

ﾌﾞﾙｰｽﾀｰ角(偏光角)

ﾎｲﾍﾝｽ=ﾌﾚﾈﾙの原理

※光の回折理論

怪奇小説『ﾌﾗﾝｹﾝｼｭﾀｲﾝ、あるいは現代のﾌﾟﾛﾒﾃｳｽ』

ﾌﾟﾛﾒﾃｳｽの火としての電気

小説『ﾌﾗﾝｹﾝｼｭﾀｲﾝ、あるいは現代のﾌﾟﾛﾒﾃｳｽ』の前書きでは「…屍を蘇らせられよう。ｶﾞﾙｳﾞｧｰﾆ電流がその証拠。生物の構成部品を組み立て繋ぎ合わせ、生命の熱を吹き込むことが可能ではないか」と生命原理の本質に言及している。小説では、ﾌﾗﾝｹﾝｼｭﾀｲﾝ博士に作られた怪物は落雷のｴﾈﾙｷﾞｰにより起動するわけだが、1780年にｶﾞﾙｳﾞｧｰﾆが発見した動物電気により屍たる切断されたｶｴﾙの脚が再び動き出す様子を想わせる。1799年にﾎﾞﾙﾀによる電池の発明により長時間流れ続ける動電気が利用可能になり、電気実験の研究が進んだ。電気化学分解による新元素発見やめっき技術への応用、ｱｰｸ灯(ｱｰｸ放電)の発明など実用面において蒸気機関(ﾜｯﾄ/1769年)に続く新たなｴﾈﾙｷﾞｰ(動力源)として電気が注目された時代。電気と磁気の関係が発見される1820年は電磁気学の始まり年とされ、この小説の登場はそれを予感させる出来事である。ﾌﾗﾝｹﾝｼｭﾀｲﾝ博士が生み出した"ﾌﾟﾛﾒﾃｳｽの火"である怪物により、博士自身が悩まされる物語。

ﾋﾟｴｰﾙ･ﾙｲ･ﾃﾞｭﾛﾝ

ｱﾚｸｼｽ･ﾌﾟﾃｨ

ﾌﾗﾝｽ

ﾌﾗﾝｽ

ﾃﾞｭﾛﾝ=ﾌﾟﾃｨの法則

固体のﾓﾙ比熱は5.9cal/K付近

単純な結晶構造を持つ固体の常温付近でのﾓﾙ比熱(定積ﾓﾙ比熱)が、約5.9cal/K(=3R)になる経験則(ﾃﾞｭﾛﾝ=ﾌﾟﾃｨの法則)を、ﾃﾞｭﾛﾝとﾌﾟﾃｨが各々独立して実験から発見。

当経験則は常温付近に限られ、低温領域では量子力学的効果により、高温領域では物質固有の特性により値が大きくｽﾞﾚる。

電流の磁気作用(ｴﾙｽﾃｯﾄﾞの原理)

初の電気と磁気の関係

※電気Eから磁気Eへの変換

ｴﾙｽﾃｯﾄﾞはｺﾍﾟﾝﾊｰｹﾞﾝ大学在学中、ｶﾝﾄ哲学に傾倒。独立した力とされた電気と磁気を統一的に捉えられると考え、実験的に電流と磁気の関係を探した。ﾎﾞﾙﾀ電池により導線(白金線など)に電流を流すと、導線の傍に置いた方位磁石(ｺﾝﾊﾟｽ)の磁針が振れることを発見(1820年2月末頃)。電流の方向･大きさ、磁針の動くﾀｲﾐﾝｸﾞ･振れ幅、導線素材の種類、遮蔽物の存在の影響など、現象への理解を深めた。電流には磁石同様に磁気作用があることを結論付け、1820年7月に論文発表。電気と磁気の関係性が示された初の事例であり、すぐさま世界中に広がり、反響が得られた。

※電流の3作用(熱作用/磁気作用/化学作用)のうち、磁気作用の発見。

ｱﾝﾍﾟｰﾙの法則

※直流電流の磁場の公式

ｱﾝﾍﾟｰﾙの右ﾈｼﾞの法則

ｴﾙｽﾃｯﾄﾞの電流の磁気作用の発見を聞いたｱﾝﾍﾟｰﾙは、大急ぎで実験装置を誂えて電流の周囲の磁力の発生を調べた。電流に対して発生する磁界の向き･形状(同心円状)、強さ(距離に反比例)の傾向を調べ、ｱﾝﾍﾟｰﾙの法則(直流電流の磁場の公式)を発表(1820年9月頃)。電流の進行方向に対して発生する同心円状の磁界の向きは右ﾈｼﾞの法則で表される。ｴﾙｽﾃｯﾄﾞの報告を聞いて、僅か数週間後の出来事。

ｼﾞｬﾝ･ﾊﾞﾃｨｽﾄ･ﾋﾞｵ

ﾌｪﾘｯｸｽ･ｻｳﾞｧｰﾙ

ﾌﾗﾝｽ

ﾌﾗﾝｽ

ﾋﾞｵ=ｻｳﾞｧｰﾙの法則

※ｱﾝﾍﾟｰﾙの法則の微分表現

電磁石

※人工の永久磁石

鉄の棒に導線に巻きつけ、導線(ｺｲﾙ)に電流を流せば鉄の棒は強く磁化されることを発見(電磁石の発明)。また電流を流すのを止めた後も鉄の棒に磁化が残るため、人工的に永久磁石の作成が可能になった。

1820

電流の流れる方向の定義が

浸透し始める

1820

ﾌﾚﾈﾙは光の横波説に立ち、偏光が屈折率の異なる媒体を通過する際の屈折･反射の挙動を表すﾌﾚﾈﾙの公式を発表。

ｱﾝﾍﾟｰﾙの力(電磁力)

⇒電気Eから運動Eへの変換

磁気作用が認められる電流は、電流同士では磁石同様に磁気的引力･斥力が働くと考えて、ｱﾝﾍﾟｰﾙは平行に並べた導線に電流を流し、その力(電磁力,ｱﾝﾍﾟｰﾙの力)が働くことを発見。並べた導線に流す電流の向き･大きさ、導線間の距離を調整し、電磁力への理解を深めた。電磁力は磁界の衝突により弱まった磁界を強め、強まった磁界を弱める方向に働く。

電磁気回転の実験

※最初の電動ﾓｰﾀｰ(ﾌｧﾗﾃﾞｰ･ﾓｰﾀｰ)

⇒電気Eから運動Eへの変換

ﾌｧﾗﾃﾞｰは電流の磁気作用から運動を起こす実験を行った。電動ﾓｰﾀｰの原型(ﾌｧﾗﾃﾞｰ･ﾓｰﾀｰ)である。容器に水銀を満たしてその中央に棒磁石を立てる。容器の上から水銀に浸るように金属棒を吊り下げ、この電気回路に電流を流す。電磁石となった金属棒と中央に固定された棒磁石とが磁場的相互作用を起こし、金属棒は水銀に浸かりながら棒磁石の周囲を回転運動する。

ｾﾞｰﾍﾞｯｸ効果

※熱電効果の一種

⇒熱Eから電気Eへの変換

書物『熱の解析的理論』

熱伝導方程式

超臨界流体

臨界点

大砲に水と球を入れて密封し、大砲の温度を変化させながら大砲を叩く音や球を転がす音を調べた。その結果、ある温度を超えると音の変化がなくなる温度(臨界点)の存在に気付いた。この臨界点は、ｶﾆｬｰﾙ･ﾃﾞ･ﾗﾂｰﾙ点と呼ばる。

気体の温度･圧力･密度に関する定量的な測定は、1869年にT.ｱﾝﾄﾞﾘｭｰｽﾞにより行われ、超臨界流体の概念が提唱される。

書物『火の動力に関する考察』

※ｶﾛﾘｯｸ説の立場で綴られる

ｶﾙﾉｰの定理、ｶﾙﾉｰｻｲｸﾙ

※熱Eから仕事Eへの変換効率には上限がある

書物『天体力学』、完結

※全五巻

1799年から刊行開始の『天体力学』が完結。『天体力学』を献上されたﾅﾎﾟﾚｵﾝは「貴下の書物には神のことが書かれていないが?」とﾗﾌﾟﾗｽに尋ねられると、ﾗﾌﾟﾗｽは「私にはそのような仮説(神の手)は必要なかったのです。」と返答した。

ｱﾙﾐﾆｳﾑ(Al)の単離

※疑義あり

1825

ﾍﾞﾝｾﾞﾝ

酸素の原子量を基準(100)として、精密な原子量表を作成。

現在の正確な原子量と比べると重金属(Pb等)で大きな乖離がある。化学的性質が同じ同位体(ｱｲｿﾄｰﾌﾟ)の発見(1912年)以前であり、その後も原子量は変更された。

ｵｰﾑの法則

※電圧と電流の関係

直列合成抵抗

並列合成抵抗

ｵｰﾑの法則とは「電圧Eと電流Iは比例する」というもの。物質固有の特徴(素材や形状)や温度により比例係数(抵抗Rと呼ぶ)が異なるためE=R×Iと表される。抵抗Rの単位はΩ(ｵｰﾑ)。半世紀前に既にｷｬﾍﾞﾝﾃﾞｨｯｼｭが電流Iと抵抗Rの関係を発見(未公表)しており、ｵｰﾑによる再発見は1827年となった。

※電圧Eの単位：V(=C/J)、電流Iの単位：A(=C/s)、抵抗Rの単位：Ω(=J・s/C^2)

ﾌﾞﾗｳﾝ運動

ﾌﾘｰﾄﾞﾘﾋ･ｳｪｰﾗｰ

ﾋﾞｭｼｰ

ﾄﾞｲﾂ

ﾌﾗﾝｽ

緑柱石から単体金属を分離。緑柱石の美しい結晶はｴﾒﾗﾙﾄﾞやｱｸｱﾏﾘﾝの宝石である。ﾍﾞﾘﾘｳﾑは、緑柱石ﾍﾞﾘﾙの成分であることからﾄﾞｲﾂのｸﾗｯﾌﾟﾛｰﾄﾞが命名(1943年)。

ﾌﾘｰﾄﾞﾘﾋ･ｳｪｰﾗｰ

尿素の合成

※有機物の人工合成の端緒

電磁誘導(ﾌｧﾗﾃﾞｰの法則)

⇒運動Eから電気Eへの変換

※変圧器、発電機の始まり

電磁誘導による発電機の原理

※ﾌｧﾗﾃﾞｰの円盤

交流電流

整流子

論文『物体系の相対運動

の方程式』、ｺﾘｵﾘの力

地球表面上の物体の運動で、狭い範囲では慣性力として遠心力を考えればよいが、広い範囲での運動を扱う場合(気流･海流･長距離弾道など)、ｺﾘｵﾘの力も考慮する必要がある。地球の自転のため、赤道では1670km/h(=0.46km/s)の速度を持つが、北極や南極に移動するとその速度は低下し、極では自転速度はｾﾞﾛとなる。普段は慣性力として潜む自転運動が、砲弾などの大陸間をまたぐ運動では影響が現われる。

ﾌｧﾗﾃﾞｰの電気分解の法則

電気化学当量

電気の同一性

ｸｰﾛﾒｰﾀｰ(電量計)

電源(摩擦電気、電池、電磁誘導、熱電気、電気魚)によらず電気の性質(磁気作用、熱作用、生理的な刺激、火花放電、電気分解など)は、全て同一であると確認。電気分解反応において、ｸｰﾛﾒｰﾀｰ(電量計)を用いて電気量と物質の増減量の定量的な関係を調べて、以下2つの重要な法則(ﾌｧﾗﾃﾞｰの電気分解の法則)を発見。析出する物質の量は流れた電気量に比例(第一法則)、電気化学当量は化学当量に等しい(第二法則)。

水素、酸素、塩素、ﾖｳ素、鉛、錫の電気化学当量は1、8、36、125、58と提案。

ﾏｲｹﾙ･ﾌｧﾗﾃﾞｰ

ｳｨﾘｱﾑ･ﾋｭｰｴﾙ

ｲｷﾞﾘｽ

ｲｷﾞﾘｽ

電気化学の用語を提案

電極、ｱﾉｰﾄﾞ、ｶｿｰﾄﾞ、ｲｵﾝ、ｱﾆｵﾝ、ｶﾁｵﾝなどの電気化学用語を提案。

※ｲｵﾝ、ｱﾆｵﾝ、ｶﾁｵﾝは現在までに意味が変化したものの、用語自体は定着した。

※ﾋｭｰｴﾙは英語の科学者(scientist)という言葉を作ったことでも知られる。

1800年代の高分子物質の研究は、天然高分子(ｺﾞﾑ･ﾃﾞﾝﾌﾟﾝ･ﾀﾝﾊﾟｸ質など)の分析と、低分子化合物から偶然にも得られた合成高分子の分析の2通りで行われた。高分子(Polymer)という用語は、1833年にﾍﾞﾙｾﾘｳｽにより初めて使われた。彼は組成が同じでも分子量の異なる化合物の存在を認め、この区別のためにこの用語を使用した。

ﾚﾝﾂの法則

※電磁誘導の方向決め

電場に対するｶﾞｳｽの法則

(電束保存の法則)

磁場に対するｶﾞｳｽの法則

(磁束保存の法則)

恒星の年周視差

※地動説の証拠

ｼｭﾄﾙｰｳﾞｪは地動説の証拠と言える年周視差を観測するため、ﾍﾞｶﾞ(織女星)を観察し、約1/8秒ほどの年周視差を発見。ﾍﾞｶﾞ(織女星)は、3つの基準(明るいこと、固有運動が大きいこと、連星であれば2星の間隔が十分に離れて見えること)から太陽系に近く年周視差の大きい星として選定された。

書物『舎密開宗』

※日本最初の化学書

宇田川により1837年~1847年にかけて著された日本初の体系的な化学書。舎密(ｾｲﾐ)とはｵﾗﾝﾀﾞ語の化学(ｾﾐｰ)の音訳で、開宗は根源を開くという意味で、現代語訳すれば「化学入門」となる。

恒星の年周視差

※地動説の証拠

※ｼｸﾞﾆ61の距離(10.4光年)

ﾌﾗｳﾝﾎｰﾌｧｰ開発の高品質の光学機器を使用し、白鳥座61番星(ｼｸﾞﾆ61)を1年間観測。その年周視差(地球の公転により星の位置がずれる現象)は0.31秒と測定され、白鳥座61番星までの距離(約10.4光年)が決定された。年周視差は、地球の公転運動の証拠であり、ｼｭﾄﾙｰｳﾞｪのﾍﾞｶﾞの年周視差の発見(1837年)に続き、約300年前にｺﾍﾟﾙﾆｸｽが提唱した地動説を実証。

ﾌｧﾗﾃﾞｰ暗部

恒星の年周視差

※地動説の証拠

※ｹﾝﾀｳﾛｽ座α星の距離(3.3光年)

加硫ｺﾞﾑ

ｺﾞﾑの加硫法

ｴﾎﾞﾅｲﾄ

ｱﾍﾝ戦争、開始

※1840年~1842年

電流の熱作用(ｼﾞｭｰﾙの法則)

ｼﾞｭｰﾙ熱

※電気Eから熱Eへの変換

ｼﾞｭｰﾙはｴﾈﾙｷﾞｰ変換の研究をし、1840年には電気と熱の関係を定量的に調べてｼﾞｭｰﾙの法則を発見。ｼﾞｭｰﾙの法則とは、抵抗を持つ導線に電流を流して生じる熱(ｼﾞｭｰﾙ熱と呼ぶ)が電流の2乗と抵抗に比例する現象。単位時間当たりの電気ｴﾈﾙｷﾞｰ(電力W(J/s))は、電圧E(V=J/C)と電流I(A=C/s)の積(J/s)として表され、ｵｰﾑの法則(1827年)の式から電圧Eを消すと電力W(J/s)=抵抗R(Ω)×電流I^2(A^2)となり、ｼﾞｭｰﾙの法則の式が得られる。

ｼﾞｮｰｼﾞ･ｴﾙｷﾝﾄﾝ

(ｴﾙｷﾝﾄﾝ商会)

電気めっきの産業化

金･銀めっきの特許取得

ﾎﾞｲﾙの法則からのｽﾞﾚ

※理想気体と実在気体とのｽﾞﾚ

当時、理想気体の挙動を表すﾎﾞｲﾙ=ｼｬﾙﾙの法則(1787年)は知られていた。ﾙﾆｮｰは気体の精密実験を行い、気体が圧縮されると理想気体から大きくｽﾞﾚることを確認し、そのｽﾞﾚの原因を分子間力の影響と推察。

※分子間力を考慮した気体の状態方程式はﾌｧﾝ･ﾃﾞﾙ･ﾜｰﾙｽにより発表(1873年)

光のﾄｯﾌﾟﾗｰ効果

書物『無生物界の力の所見』

ｴﾈﾙｷﾞｰの保存

※後の熱力学第一法則へ

熱の仕事当量の計算

ﾏｲﾔｰの関係式

ﾏｲﾔｰは熱の仕事当量の推定にﾏｲﾔｰの関係式を用いた。ﾏｲﾔｰの関係式とは気体の2種類の比熱(定圧ﾓﾙ比熱Cpと定積ﾓﾙ比熱Cv)がCp-Cv=Rと示されることであり、気体定数R(J/K/mol)は気体が熱による膨張(仕事)に使われた比熱と一致する。つまり各比熱を正確に求めることで熱の仕事当量が計算できる。またﾏｲﾔｰは電気･磁気･熱･仕事･光･化学反応などの作用の相互変換性と「力」(今で言えばｴﾈﾙｷﾞｰ)の保存を提唱した。

熱の仕事当量の測定(1cal=4.2J)

仕事から熱への変換

ｼﾞｭｰﾙは電気と熱の関係(1840年)に続き、仕事と熱の関係を水車の実験から調べた。重り(質量m)の落下を水中に設置した水車の回転に利用し、投じた仕事(mgh)と水温の関係を調べ、1cal=4.2Jと結論付けた。1calは1gの水の温度を1度上昇させるために必要な熱量と定義される。

1847年にｱﾏﾁｭｱ研究家であるｼﾞｭｰﾙ(28歳)は、この実験を学会で発表したが、あまり注目されなかった。しかし発表後に23歳のｳｨﾘｱﾑ･ﾄﾑｿﾝ(後のｹﾙｳﾞｨﾝ卿)が声をかけて研究協力を行う等により徐々に学会内でもｼﾞｭｰﾙの評価は高まった。

海王星を予言

ﾄﾞｲﾂのｱﾏﾁｭｱ天文学者(もとは薬剤師)ｼｭﾜｰﾍﾞは、水星より内側に存在すると考えられていた惑星ﾊﾞﾙｶﾝを発見するため、太陽面を通過する物体の様子を観察し、関連して太陽黒点も観察していた。太陽に近い惑星(水星や金星)では、太陽と同じ方向に存在するため太陽が沈む時間帯に空に光っている状態を観察することは難しく、通常、太陽表面を通過する際のｼﾙｴｯﾄを観察するため、太陽黒点と似た小さな黒い円として見える。ｼｭﾜｰﾍﾞは1826年~1843年の観測ﾃﾞｰﾀに基づき約10年周期で太陽黒点の数が増減すると発表。その後も1869年まで観測を続け、8000以上の太陽黒点のｽｹｯﾁを残している。※現在では太陽の活動周期は11年周期とされている。

光だけでなく音にもﾄﾞｯﾌﾟﾗｰ効果は適用できることを示した。

電気回路のｷﾙﾋﾎﾌの法則

①ｷﾙﾋﾎﾌの電流則(第1法則)

②ｷﾙﾋﾎﾌの電圧則(第2法則)

ﾌｧﾗﾃﾞｰ効果 (磁気旋光)

※光と磁場の相互作用

反磁性

1845

綿火薬(ﾆﾄﾛｾﾙﾛｰｽ)

書物『力の保存について』

ｴﾈﾙｷﾞｰ保存則を定式化

※後の熱力学第一法則へ

ﾏｲﾔｰが提唱(1842年)したｴﾈﾙｷﾞｰ保存の概念を定式化。ｴﾈﾙｷﾞｰとはｷﾞｼﾘｬ後で「仕事を含む」という意味。どこかである量のｴﾈﾙｷﾞｰ(仕事や熱など)が消えると、それに等しい量のｴﾈﾙｷﾞｰが、同じ物理系に発生しなければならない。

後にｸﾗｳｼﾞｳｽにより熱力学第一法則(1850年)として位置付けられる。

ﾆﾄﾛｸﾞﾘｾﾝ

ﾆﾄﾛｸﾞﾘｾﾘﾝは破壊力のある爆薬であったが、危険も大きく戦争には使われなかった。

黒点相対数の提案

太陽活動周期は約11年

ｽｲｽの天文学者ｳｫﾙﾌは太陽黒点の周期性を過去の観測ﾃﾞｰﾀを集めて系統的な比較を試みた。黒点活動の活発さを表すためにｳｫﾙﾌは黒点相対数という指数を用いた。黒体相対数は、太陽表面に現れる黒点の集団の個数(群数:g)と、(大きさによらず)黒点の個数(黒点数:f)を数えて、R=k(10g+f)で計算される。比例係数kは情報源の異なるﾃﾞｰﾀを比較可能な値へ規格化するための調整項目である。

ｳｫﾙﾌは望遠鏡による観測開始時まで記録を遡り、信頼できるﾃﾞｰﾀのある1745年以降について、平均して約11年の周期があることを確認した。

後にｳｫﾙﾌは1755年をｽﾀｰﾄに太陽活動周期を第1期として順に番号を付けて、現在もその方針を引き継がれ、2019年12月から第25期がｽﾀｰﾄしたとNASAとNOAA(ｱﾒﾘｶ海洋大気庁)が発表(2020年9月15日)している。

大気中の光速度の測定

(秒速315300±500km)

ﾌｨｿﾞｰは天文現象に頼らない、回転する歯車を利用した地上(大気中)での光速度測定に初めて成功した。大気中の光速度は秒速31.53(±0.05)万kmと測定。光源にﾛｳｿｸ、おもり滑車を動力(まだ電気ﾓｰﾀｰはなかった)にして回転させる歯車、8km先に設置した反射鏡(光の往復距離は16km)、8km先の反射鏡に映るﾛｳｿｸの見え方を観察する望遠鏡、を用いて反射鏡の光が強く見える時の歯車の回転数から光の往復時間を算出し、光速度を算出した。得られた光速度は実際より5%程度大きいが、当時の器具の限度を考えると、正確なものと言える。参考資料。

※天文現象を利用した光速度の測定は、ﾚｰﾏｰ(1675年)やﾌﾞﾗｯﾄﾞﾘｰ(1728年)が成功。

酒石酸の光学異性体

※光学異性体の概念

酒石酸水溶液に直線偏光を通す時、偏光面を右に回す右旋酒石酸と、左に回す左旋酒石酸がある発見。右旋酒石酸と左旋酒石酸を等量混ぜて結晶化させるとﾌﾞﾄﾞｳ酸になることを発見。また旋光性のないﾒｿﾞ酒石酸も発見。

※旋光性が分子の立体構造の掌性(ｷﾗﾘﾃｨｰ)によって生じる理論までは言及せず。

論文『重力と電気の関係』

※力の統一理論の先駆け

ﾌｧﾗﾃﾞｰは論文の冒頭に記したように、自然界のあらゆる力は相互作用し、同じ起源を持つ一つの基本的な力が、異なる形で現れるものだと考えた。元来、異なるものと思われていた電気と磁気の相互作用が見つかり(ｴｰﾙｽﾃｯﾄﾞ/1820年)、ﾌｧﾗﾃﾞｰはさらに当時知られていた別の力である重力を結び付ける現象を見つけようとした。

ﾌｧﾗﾃﾞｰは電気と重力の相互作用の存在を見つけ出すため、電磁誘導(ﾌｧﾗﾃﾞｰ/1831年)のｱﾅﾛｼﾞｰとして、重力場での物体の移動は電流を誘発するかどうかを調べた。

実験結果では重力と電気の関係を示す証拠は得られなかったが、それでも両者の間に関係が存在すると信じる私の気持ちは少しも揺るがないとして、論文を締めくくっている。

水中の光速度の測定

※光の波動説の勝利

光の粒子説と波動説が併存する中、空気中から水中へ光が進む際に、水中の光速度は粒子説では加速し、波動説では減速すると考えられた。ﾌｰｺｰは、回転する鏡を用いて水中での光速度の測定と、大気中から水中へ進む光速度の速度変化を調べた。その結果、水中では光速度が減速したため、これによりﾆｭｰﾄﾝの粒子説に基づく予測(水中の方が光速度は速い)は否定され、光の波動説が支持された。但し、波動説の場合、光を伝える媒質ｴｰﾃﾙが必要とするため、その発見は課題として残り続けた。

なお1862年、ﾌｰｺｰは同様の測定方法で真空中で光速度の精密測定を実施している。

【光速度と屈折率の関係】

光速度は真空中では秒速30万km(cと表す)の一定速度で進む。しかし、物質中を進む光は、その物質の屈折率(n)に従い光速度c/nで減速する。真空中ではn=1、水中ではn=1.33となり、水中の光速度は約22.6万kmとなる。

論文『熱の動力と熱理論』

熱力学第1法則(ｴﾈﾙｷﾞｰ保存則)

熱力学第2法則(ｴﾈﾙｷﾞｰ変換則)

ｸﾗｳｼﾞｳｽは熱力学として最初の論文『熱の動力と熱理論に関する諸法則』を発表。熱力学の法則として、ｼﾞｭｰﾙ、ﾏｲﾔｰ、ﾍﾙﾑﾎﾙﾂらにより既に示されていたｴﾈﾙｷﾞｰ保存則がある一方で、ｶﾙﾉｰが示した熱の変換効率(ｶﾙﾉｰの原理)に関する法則に注目し、整理した。

ｴﾈﾙｷﾞｰ保存則は熱力学第1法則として定式化し、ｶﾙﾉｰの原理(熱を全て仕事に変換できない)は熱力学第2法則とした。第2法則では、可逆過程において、低温槽における"流入熱量/温度"と高温槽における"流出熱量/温度"の各値が等しいことに注目し、この比率をｴﾝﾄﾛﾋﾟｰとして定義した。熱機関では実際には不可逆過程であり、ｴﾝﾄﾛﾋﾟｰは

※ｴﾝﾄﾛﾋﾟｰとはｷﾞﾘｼｬ語で変換･変化を意味するﾄﾛﾍﾟを語源とする。

現在我々が見るdU=dQ－dw(熱の流出入=内部への仕事ｴﾈﾙｷﾞｰ＋外部への仕事ｴﾈﾙｷﾞｰ)という形式は1865年の論文で提示された。ここでｴﾈﾙｷﾞｰ保存則の対象となるｴﾈﾙｷﾞｰの形態は、仕事(力学ｴﾈﾙｷﾞｰ)、熱、温度(内部ｴﾈﾙｷﾞｰ)である。

【ｴﾈﾙｷﾞｰ保存則の破綻】

1900年以降確立された量子論では、不確定性原理よりｴﾈﾙｷﾞｰ保存則(ｴﾈﾙｷﾞｰは無から生じない)は必ずしも守られていない状況が判明する。実は真空では、瞬間的(10兆分の1など)にｴﾈﾙｷﾞｰの発生・消滅が起きており、厳密な意味でのｴﾈﾙｷﾞｰ保存則は破られている。ちなみに、電荷保存則については厳密に守られ、例えば電子が真空中から突如発生する際には必ず陽電子を伴う対生成となる。逆に消滅する際には両者同時の対消滅となる。但し、電荷のない中性の仮想光子などは対ではなく単独で生成・消滅が起こる。

1850

2国間を繋ぐ海底ｹｰﾌﾞﾙの敷設

1840年代、ﾖｰﾛｯﾊﾟやｱﾒﾘｶで陸上の電信網(ﾓｰﾙｽ信号)は急速に普及した。一方、海底の電信網は、電線を覆う絶縁物質の開発のため、敷設は遅れていた。その後、絶縁物質の材料としてﾏﾚｰ半島の樹木ｶﾞﾀﾊﾟｰﾁｬ(ｺﾞﾑの木)の樹液が有望であることが判明し、海底ｹｰﾌﾞﾙ敷設の道が開けた。

1848年頃、ﾌﾞﾚｯﾄ兄弟はﾄﾞｰﾊﾞｰ海峡(英ﾄﾞｰﾊﾞｰと仏ｶﾚｰの間の35km)に海底ｹｰﾌﾞﾙを敷設する計画を立てた。ｲｷﾞﾘｽとﾌﾗﾝｽの双方の承認のもと1850年に海底ｹｰﾌﾞﾙの敷設は完了した。ﾓｰﾙｽ信号による幾つかのﾒｯｾｰｼﾞのやり取りに成功したが、翌日には通信途絶。漁師が海藻と思って切断したためとされる。

1801

ﾔﾝｸﾞの実験 (2ｽﾘｯﾄ実験)

光の干渉現象

光の波動説を支持

三原色の説

ﾔﾝｸﾞは1800年にﾛﾝﾄﾞﾝに医師として開業する。また当年は王立研究所の教授に就任し、公開講座では光の干渉実験を行っている。医師ﾔﾝｸﾞが光学実験に取り組むようになったのは、人間の視覚に関心を持っていたためだとされる。

2ﾘｽｯﾄ実験は光の回折・干渉現象(波動性)を端的に示す実験であり、ﾔﾝｸﾞにより初めて干渉現象(干渉縞)を観測された。干渉縞は波動説では説明可能だが、粒子説では説明できないため、これまでﾆｭｰﾄﾝの粒子説(1704年)が優勢であったが、本実験が切っ掛けとして光の波動説が改めて脚光を浴びた。なお、この時点では光は縦波(進行方向に対する波)として認識されており、また以下の通り粒子説側の波動説側に対する批判もあった。

【波動説に対する粒子説の批判】

指摘①：光を波として伝える媒体であるｴｰﾃﾙは一体どこにあるのか?

指摘②：光を縦波とすることによる干渉現象などの説明が不十分であること

※指摘②については、1818年にﾌﾚﾈﾙにより光の横波説が提唱され、ﾔﾝｸﾞの干渉理論を修正されたことで解消された。

小惑星ｾﾚｽ(またはｹﾚｽ)

※小惑星帯(ﾒｲﾝﾍﾞﾙﾄ)では最大

※ﾃｨﾃｨｳｽ=ﾎﾞｰﾃの法則のn=3

天文学者ﾋﾟｱｯﾂｨは、火星と木星の間に小惑星が回っていることを発見し、ｹﾚｽ(ｾﾚｽ)と命名される。経験則であるﾃｨﾃｨｳｽ=ﾎﾞｰﾃﾞの法則(ﾃｨﾃｨｳｽ/1766年)おけるn=3に相当。現在でも小惑星帯(ﾒｲﾝﾍﾞﾙﾄ)における最大の天体である。

静止ｴｰﾃﾙ説とは、宇宙の重心から見た時、細部は別にして全体としてｴｰﾃﾙは静止しているという仮説。但し、太陽や地球といった巨大な星は、静止ｴｰﾃﾙの中を運動しているため、ｴｰﾃﾙの一部ではこれら物体に引きずられて、部分的に流動している。静止ｴｰﾃﾙでは光は毎秒30万kmで直進するが、地球表面では静止ｴｰﾃﾙに対する地球の速度(地球の絶対速度)により、ｴｰﾃﾙの風が吹くことで観測される光速度はcからｽﾞﾚる値になると考えられた。この静止ｴｰﾃﾙ説は当時の物理学者にとっては常識と言える説であった。

【地球の絶対速度を検出する試み】

地球表面の光速度のｽﾞﾚを測定することで地球の対静止ｴｰﾃﾙでの絶対速度を求めようとする試みが1880年代にﾏｲｹﾙｿﾝによって行われる。最も有名な実験は1887年のﾏｲｹﾙｿﾝ=ﾓｰﾘｰの実験であった。結論から言えば、光速度のｽﾞﾚは観測されず、静止ｴｰﾃﾙ説で言えば地球の絶対速度はｾﾞﾛとなる。しかし地球だけが宇宙の重心に対して静止していると解釈することは天動説の再来であり、容認はされなかった。これを契機にそもそものｴｰﾃﾙに対する考え方の再検討が始まる。

書物『化学哲学の新体系』

原子論

原子量(相対質量)の概念

倍数比例の法則

化学反応前後の質量変化から見出された倍数比例の法則(倍数組成の法則)とは、AとBの2元素が化合してある化合物を作るとき、その化合物を構成するAとBの質量比は簡単な整数比となることであり、ﾄﾞﾙﾄﾝが原子の存在を信じる根拠となった。元素の種類により原子の質量は異なると指摘し、原子量(相対質量)を発表。ﾄﾞﾙﾄﾝは原子は丸いと考え、独自の元素記号を考案した。

※分子の概念がなく、水素などの単体の気体は、丸い原子として一つ一つ漂っているｲﾒｰｼﾞだった。

ﾍﾝﾘｰの法則

ﾅﾎﾟﾚｵﾝはﾌﾗﾝｽ革命(1789年～1799年)に砲兵将校として参加し、ｲﾀﾘｱ派遣軍司令官として勝利し、1799年のｸｰﾃﾞﾀｰで執政し、1804年に皇帝となる。

1801年にはﾅﾎﾟﾚｵﾝは電池の発明に強い関心を抱き、発明者のｳﾞｫﾙﾀをﾊﾟﾘに招聘し、電池を用いた実験を見学している。

電気めっき法(電鍍)

※めっき(鍍金/滅金)

電気泳動とは、荷電したｲｵﾝが電場により移動する現象。ﾛｲｽは粘土が混じった水に電場を掛けると、陽極側には負に帯電した粘土粒子が集まって濁る一方、陰極側の水は濁らないことを発見。

ｱﾙｶﾘ金属元素

ﾅﾄﾘｳﾑ (Na)

ｶﾘｳﾑ (K)

化学親和力は電気的な力であり、電流により化学親和力を凌駕できれば通常の方法では分解できない化合物も分解できると考えた。ﾃﾞｰﾋﾞｰは電池を用いて苛性ｶﾘ(KOH水溶液)の電気分解を行い、陰極にｶﾘｳﾑ(K)を析出させた。ｱﾙｶﾘ金属元素の初の単体分離であり、同様の方法で苛性ｿｰﾀﾞ(Na2CO3水溶液)からﾅﾄﾘｳﾑ(Na)を単体分離した。

ﾛﾊﾞｰﾄ･ﾌﾙﾄﾝ

汽船(外輪式蒸気船,ｸﾗｰﾓﾝﾄ号)によるﾊﾄﾞｿﾝ川の定期航路を開いた。

ｱﾙｶﾘ土類金属元素

ﾏｸﾞﾈｼｳﾑ (Mg)

ｶﾙｼｳﾑ (Ca)

ｽﾄﾛﾝﾁｳﾑ (Sr)

ﾊﾞﾘｳﾑ (Ba)

電気分解によるｱﾙｶﾘ金属元素の単離･発見(1807年)に続いて、4種類のｱﾙｶﾘ土類金属元素の単離･発見にも成功した。

ﾎｳ素(B)

ｱｰｸ放電(電弧放電)

ｱｰｸ灯

※電灯の始まり

ﾎﾞﾙﾀ電池を電源として、2本の炭素棒の先端でｱｰｸ放電(電弧放電)による発光現象が起きることを発見した。またｱｰｸ放電を光源とする世界初の電気照明(電灯)であるｱｰｸ灯を発明した。

【電灯の始まり】

世界初の電灯であるｱｰｸ灯以前の照明は、電気を使わないﾛｳｿｸ、ｵｲﾙﾗﾝﾌﾟ、ｶﾞｽ灯であった。ﾃﾞｰﾋﾞｰによるｱｰｸ灯の発明以降も1860年代までは欧州の個人住宅及び商業施設では概ねｶﾞｽ灯が使われ、1870年代になって僅かではあるがｱｰｸ灯がｶﾞｽ灯のｼｪｱを奪うようになった。しかしその後間もなく、新たな電灯として実用性の高い白熱電球(ｴｼﾞｿﾝ/1881年)が発売され、電力ｲﾝﾌﾗ整備に伴い白熱灯が普及した。一方、ｱｰｸ灯はｶﾞｲｽﾗｰ管(1855年/ｶﾞｲｽﾀｰ)など物理実験用途(陰極線の研究)での研究開発が進み、電灯としても1902年に水銀灯(ﾋﾟｰﾀｰ・ｸｰﾊﾟｰ・ﾋｭｰｲｯﾄ)が発明されている。

■参考：電力事業の幕開け(1) 直流送電によるｱｰｸ灯から白熱灯への供給 (日本電気技術協会より)

ｹﾞｲ・ﾘｭｻｯｸの法則

第一法則(気体反応の法則)

第二法則

(ｱﾓﾝﾄﾝの法則またはｼｬﾙﾙの法則)

第一法則が通常、

等温等圧下の気体反応では、反応物と生成物の気体の体積には簡単な整数比が成立することを発表。

※水素と酸素から水ができる反応の説明では、酸素原子が半分に分割される必要があり、原子をそれ以上分割不能な極限の粒子と定義したﾄﾞﾙﾄﾝの原子論では説明できないｹｰｽが浮上した。

偏光 (直線偏光)

波動説により光の諸現象を説明したﾎｲﾍﾝｽは、書物『光学論』(1690年)にて透明方解石(氷州石)の複屈折も研究していた。それ以来、複屈折現象の研究は進んでおらず、ﾌﾗﾝｽの科学ｱｶﾃﾞﾐｰは複屈折現象の解明を賞金をかけて募集した。

当時、ﾅﾎﾟﾚｵﾝによるｴｼﾞﾌﾟﾄ遠征の中、身体を壊して帰国していた技術軍人ﾏﾘｭｽは、この複屈折の研究に取り組んだ。ある時、宮殿の窓から反射する夕日の光に対して氷州石を通して見たところ、二重に見える景色の一方が暗く見え、また回転させると光の明るさが大きく変化した。ここからｶﾞﾗｽの反射光の性質を研究し始め、偏光(直線偏光)を発見した。

※自然光は非偏光であり、その電場(もしくは磁場)の振動面は様々な方向を向いている。しかし、自然光(非偏光)を何かに反射させたり、鉱物結晶に通すことで、振動面が一方向に限定された光(直線偏光)のみ取り出すことができる。

※方解石や電気石などの結晶は、結晶軸の方向またはこれに垂直な方向に振動する光のみを通すが、この現象は光が縦波(疎密波)ではなく横波(直角波)であることを裏付ける。

断熱自由膨張の実験

(ｹﾞｲ･ﾘｭｻｯｸ=ｼﾞｭｰﾙの実験)

一定量の気体を気圧ｾﾞﾛの真空容器に拡散させた場合、単に体積だけが増加するだけで気体は外部に対して仕事をせず、気体自身のｴﾈﾙｷﾞｰ(主に温度であり、後に内部ｴﾈﾙｷﾞｰと表現)はなんら変化しないことを発見した。つまり、対象となる気体の内部ｴﾈﾙｷﾞｰは、温度に依存し、体積とは無関係であることが示された。なお後にｼﾞｭｰﾙも同様の実験をしていることから、ｹﾞｲ・ﾘｭｻｯｸ=ｼﾞｭｰﾙの実験と呼ばれる。

ｷｬﾍﾞﾝﾃﾞｨｯｼｭ、逝去

膨大な遺稿(実験ﾉｰﾄ)

ｷｬﾍﾞﾝﾃﾞｨｯｼｭが生前発表した重要な研究では、水素の発見(1766年)、水素と酸素による水の合成(1784年)、ねじり秤による地球の密度測定もしくは万有引力定数の測定(1798年)などが有名であるが、これらは成果のほんの一部に過ぎない。

彼の死後、その莫大な財産と一緒に未発表の膨大な量の手稿(実験ﾉｰﾄ)が遺される。その実験ﾉｰﾄは64年後の1874年に電磁気学の創始者ﾏｸｽｳｪﾙに解読され、時代を先取りした研究成果が既になされていたことが明らかとなる。

電気化学的二元論

※無機化学のｲｵﾝ結合の理論

ﾍﾞﾙｾﾘｳｽは自身とﾃﾞｰﾋﾞｰの電気化学研究を基づき、化学結合を包括的に説明する電気化学的二元論を展開した。化合物中の原子は電気力で結びつけられており、これが電流で分解されると考えた。各元素の原子は極性を持ち、元素によって程度が異なる。酸素は全元素の中で最も負、金属は概ね正とし、正と負が引き合って化合物が作られ、生成物自体も極性を持つとした。

電気化学的二元論は、ｲｵﾝ結合を有する無機化合物の説明には有効であったが、1830年以降に発展してきた有機化学における有機化合物の結合(つまり共有結合)の説明には不向きであった。

分子説

ｱﾎﾞｶﾞﾄﾞﾛの仮説

ｱﾎﾞｶﾞﾄﾞﾛはﾄﾘﾉの名家に生まれ、法律を学び弁護士になったが、自然科学に興味を抱き気体の研究を始めた。1809年にはｳﾞｪﾙﾁｪｯﾘ大学の物理学教授となった。ｱﾎﾞｶﾞﾄﾞﾛは様々な気体を反応させ、反応前後の体積比が整数比になることを発見した。「同圧力、同温度、同体積の全ての種類の気体には同じ数の分子が含まれる」という仮説(ｱﾎﾞｶﾞﾄﾞﾛの仮説)を発表した。

ｱﾎﾞｶﾞﾄﾞﾛの実験は、22.4Lの気体を基準に行われ、水素22.4Lと酸素22.4Lを反応させると水蒸気44.8Lが得られた。この22.4Lという基準は、水素2g、酸素32g、窒素28gなど質量の切りが良いためである。ｱﾎﾞｶﾞﾄﾞﾛの仮説は、分子の概念を導入した点が新しく、ﾄﾞﾙﾄﾝの原子論で見られた気体反応における量的な矛盾をうまく説明した。

※分子の実在性が確認されてからはｱﾎﾞｶﾞﾄﾞﾛの仮説はｱﾎﾞｶﾞﾄﾞﾛの法則と呼ばれる。同圧力、同温度、同体積(22.4L)に含まれる分子の個数は後に6.02×10^23個と見積もられる。

ﾖｳ素(I)

学歴のない製本職人ﾌｧﾗﾃﾞｰは、電気分解による新元素発見で知られるﾃﾞｰﾋﾞｰ教授の公開実験講義に出席した。そこでﾒﾓしたﾉｰﾄの清書を製本して自主的にﾃﾞｲｳﾞｨｰ教授に送り届けた。これがご縁となり王立研究所の化学助手として採用され、ﾃﾞｰﾋﾞｰ教授の雑用係りを始める。

ｱﾙﾌｧﾍﾞｯﾄの元素記号

従来、ﾄﾞﾙﾄﾝは「化学哲学の新体系」で元素記号を図形で表現した。ﾍﾞﾙﾂｪﾘｳｽはｱﾙﾌｧﾍﾞｯﾄによる元素記号を提唱し、現在の元素記号の基礎となっている。

太陽光の暗線の再発見

高品質のｶﾞﾗｽを作り、光の波長と屈折率の精密測定を行った。太陽光ｽﾍﾟｸﾄﾙに600本近い暗線の存在を確認したが、その解釈まではせず。

※後にｷﾙﾋﾎｯﾌにより、暗線とはその波長の光を吸収した物質の存在を示唆することが明らかにされる。

ﾋﾟｴｰﾙ･ｼﾓﾝ･ﾗﾌﾟﾗｽ

書物『確率の哲学的試論』

ﾗﾌﾟﾗｽの悪魔

※力学的決定論の権化

『天体力学』全五巻を執筆する最中、並行してﾗﾌﾟﾗｽは書物『確率の哲学的試論』を著した。その冒頭では、力学の解析能力の高さを次のように豪語した。

「同一の運動方程式によって、宇宙で最も大きな存在である天体の運動も、また最も軽い原子の運動も包括して記述することができる。」

また本書では決定論的自然観における確率の捉え方について次のように表現した。「ある時点の自然を動かしている全ての力と物体の状態を知り、力学的運動方程式を解析できる知性(後にﾗﾌﾟﾗｽの悪魔と呼ばれる)にしてみれば、過去も未来も全て確定済みであり、必然的な帰結である。一方で、そうした知性に遠く及ばない人間は、差し当たっては諸現象を確率という手段を用いて論じる他にない。」

※ﾗﾌﾟﾗｽが書物『確率の哲学的試論』で想定した知性を"ﾗﾌﾟﾗｽの悪魔"と呼ぶようになったのは、ﾃﾞｭ･ﾎﾞｱ･ﾚｰﾓﾝの講演『自然認識の限界について』で使われてから。

ﾌﾞﾙｰｽﾀｰの法則

ﾌﾞﾙｰｽﾀｰ角(偏光角)

ﾃﾞｰﾋﾞｰ灯(安全灯)

ｱｰｸ灯のﾃﾞﾓﾝｽﾄﾚｰｼｮﾝ

王立研究所にて、ﾎﾞﾙﾀ電池2000個を用いてｱｰｸ灯の点灯実験を実施し、その強烈な光を見せることに成功した。但し、長時間点灯させるための電源開発など改善点も多く、すぐに実用化とはならなかった。またｱｰｸ灯の強烈な光は、公園や町通りなど広い場所の照明には適するが、個人住宅などの屋内照明としては不向きであった。最初の実用化されたｱｰｸ灯は、1862年のｲｷﾞﾘｽのﾀﾞﾝｼﾞﾈｽ灯台である。

鉱物学を修めたｱﾙﾌｪﾄﾞｿﾝは、ﾍﾟﾀﾙ石(葉長石)の分析中にﾘﾁｳﾑを発見した。鉱物界から初めて発見された元素であり、ｷﾞﾘｼｬ語の"石"にちなんでﾘﾁｳﾑと命名した。

1817

偏光現象から光は横波(進行方向に対して垂直に振動)だと結論付け、ﾔﾝｸﾞの光の干渉理論を修正。

ﾎｲﾍﾝｽ=ﾌﾚﾈﾙの原理

※光の回折理論

1817年3月にﾌﾗﾝｽ科学ｱｶﾃﾞﾐｰは、光の回折現象の粒子説的説明を懸賞課題として広く世に問うた。ﾆｭｰﾄﾝの著書『光学』(1704年)の発表以降、長らく多くの会員は粒子説派であり、粒子説に基づく解明が期待された。しかし、波動説派のﾌﾚﾈﾙが、ﾎｲﾍﾝｽの要素波(元素波)の概念とﾄﾏｽ･ﾔﾝｸﾞの干渉の原理に基づき、光が非常に波長の短い波動であるとして回折理論(ﾎｲﾍﾝｽ=ﾌﾚﾈﾙの原理)を確立した。その結果、1819年には粒子説派の期待を裏切り、ﾌﾚﾈﾙが回折現象に関する懸賞に当選した。

光弾性

怪奇小説『ﾌﾗﾝｹﾝｼｭﾀｲﾝ、あるいは現代のﾌﾟﾛﾒﾃｳｽ』

ﾌﾟﾛﾒﾃｳｽの火としての電気

『ﾌﾗﾝｹﾝｼｭﾀｲﾝ、あるいは現代のﾌﾟﾛﾒﾃｳｽ』の"まえがき"では、生命原理の本質に言及しており、「…おそらく屍を蘇らせることができるであろう。ｶﾞﾙｳﾞｧｰﾆ電流がその証拠を示している。たぶん生物の構成部品を組み立て繋ぎ合わせて、生命の熱を吹き込むこともできるのではないだろうか」と書かれている。

小説の中で、ﾌﾗﾝｹﾝｼｭﾀｲﾝ博士のもとで作られた怪物は落雷によるｴﾈﾙｷﾞｰを得て起動するわけだが、1780年にｶﾞﾙｳﾞｧｰﾆが発見した動物電気によって屍たる切断されたｶｴﾙの脚が再び動き出す様子を想起させる。またｶﾞﾙｳﾞｧｰﾆの動物電気の発見から約38年たつが、この間、電池の発明(ｱﾚｯｻﾝﾄﾞﾛ･ﾎﾞﾙﾀ/1799年)により長時間流れ続ける動電気が利用できるようになり、電気実験の研究が進んだ。電気化学分解による新元素発見やめっき技術への応用、ｱｰｸ灯(ｱｰｸ放電)の発明など実用面においても蒸気機関に続く新たなｴﾈﾙｷﾞｰ(動力源)として電気が注目された時代である。『ﾌﾗﾝｹﾝｼｭﾀｲﾝ、あるいは現代のﾌﾟﾛﾒﾃｳｽ』における"ﾌﾟﾛﾒﾃｳｽの火"とは、ここでは新たに登場したｴﾈﾙｷﾞｰである電気だと指摘される。ﾌﾗﾝｹﾝｼｭﾀｲﾝ博士が生み出した"ﾌﾟﾛﾒﾃｳｽの火"だある怪物によって、博士自身が悩まされる物語である。

電気と磁気の関係が相次いで発見される1820年は、電磁気学の始まり年とされるが、この怪奇小説の登場はそうした電磁気学の発展を予感させる出来事である。

ﾋﾟｴｰﾙ･ﾙｲ･ﾃﾞｭﾛﾝ

ｱﾚｸｼｽ･ﾌﾟﾃｨ

ﾌﾗﾝｽ

ﾌﾗﾝｽ

ﾃﾞｭﾛﾝ=ﾌﾟﾃｨの法則

固体のﾓﾙ比熱は5.9cal/K付近

常温において比較的単純な結晶構造の固体のﾓﾙ比熱(定積ﾓﾙ比熱)が、約5.9cal/K付近(=3R)となる経験則をﾃﾞｭﾛﾝ=ﾌﾟﾃｨの法則と呼ぶ。ﾃﾞｭﾛﾝ及びﾌﾟﾃｨがそれぞれ独立して実験的に見出して公表した。なお低温領域では量子力学的効果のため当法則から外れ、また高温領域であっても物質固有の特性によるｽﾞﾚを説明できるものではない。

【その後の比熱理論の展開】

ﾃﾞｭﾛﾝ=ﾌﾟﾃｨの法則は比熱理論というよりは定性的な経験則であった。古典物理的な比熱理論は、気体分子運動論(1860年/ﾏｸｽｳｪﾙ)やｴﾈﾙｷﾞｰ等分配の法則など統計力学の

進展に伴い、ﾎﾞﾙﾂﾏﾝにより1871年にﾃﾞｭﾛﾝ=ﾌﾟﾃｨの法則は説明される。但し、低温域の比熱理論は量子論的な取り扱いが必要になる。量子論では固体の振動の熱ｴﾈﾙｷﾞｰの授受の仕方は、ある単位量の整数倍のｴﾈﾙｷﾞｰごとしか許されていない。ｱｲﾝｼｭﾀｲﾝはｱｲﾝｼｭﾀｲﾝ模型(1907年)を使い、低温領域では固体の振動が熱ｴﾈﾙｷﾞｰを一切受け取らない状態となり、比熱が低下する量子論を踏まえた比熱理論を発表した。次にﾃﾞﾊﾞｲがｱｲﾝｼｭﾀｲﾝ模型に固体全体の格子振動(ﾌｫﾉﾝ)も考慮したﾃﾞﾊﾞｲ模型(1912年)を提唱し、低温領域での実験ﾃﾞｰﾀとのｽﾞﾚを解消した。

電流の磁気作用(ｴﾙｽﾃｯﾄﾞの原理)

※1820年2月末頃に発見

※1820年7月に論文発行

電気と磁気の関係性

⇒電気Eから磁気Eへの変換

ｴﾙｽﾃｯﾄﾞはｺﾍﾟﾝﾊｰｹﾞﾝ大学在学中、ｶﾝﾄ哲学に傾倒していた。ｶﾝﾄ哲学の中でも、多様な自然を"力"という概念で統一的に捉えようとする考え方から、ｴﾙｽﾃｯﾄﾞは大きな影響を受けていたと思われる。ｴﾙｽﾃｯﾄﾞは電気と磁気も"力"という概念で統一的に捉えられると考え、電流と磁気の関係を見つけようと実験を行った。

ﾎﾞﾙﾀ電池を電源として導線(白金線など)に電流を流すと、導線と傍に置いた方位磁石(ｺﾝﾊﾟｽ)の磁針が振れることを発見した。以下の点が確認された。

・導線の傍に非平行にｺﾝﾊﾟｽを置いて電流を流すと、導線に垂直方向に磁力が働く。

・電流の向きを反転させると磁針の振れる向きも反転する。

・導線(電流)と磁針の距離を離すほど磁針の振れ幅も減少する。

・導線の金属材料を変えても、電流を流した時の磁針に及ぼす結果は同じ。

・導線と磁針との間に遮蔽物を置いても、磁針の振れは影響を受けない。

以上より、電流には磁石と同様の磁気作用がある(電気ｴﾈﾙｷﾞｰが磁気ｴﾈﾙｷﾞｰに変換される)ことが明らかとなった。従来(ｳｨﾘｱﾑ･ｷﾞﾙﾊﾞｰﾄﾞ/1600年)より独立した現象とされてきた電気と磁気の間の関係性が示された初の事例であり、すぐさま世界中に大きな波紋が広がった。

※電流の3作用(熱作用、磁気作用、化学作用)のうち、磁気作用の発見。

ｱﾝﾍﾟｰﾙの法則

※直流電流の磁場の公式

ｱﾝﾍﾟｰﾙの右ﾈｼﾞの法則

※1820年9月頃に発見

ｴﾙｽﾃｯﾄﾞの論文は1820年7月に刊行され、ﾌﾗﾝｽでは9月11日の科学ｱｶﾃﾞﾐｰの定例会議で報告された。それを聞いたｱﾝﾍﾟｰﾙは、大急ぎで実験装置をあつらえ実験を行い、電流の周りの磁力の発生を調べた。

電流の周りに発生する磁界(磁力)の向きは電流に垂直で、その磁場の向きを繋ぐとぐるりと一周回転したような形を描くこと、磁場の強さは電流の大きさに比例し、距離に反比例することを発見した。ｱﾝﾍﾟｰﾙはこの回転的な磁場の理論式を表し、この式はｱﾝﾍﾟｰﾙの法則(直流電流の磁場の公式)と呼ばれるようになった。また電流の進行方向に対して生じる同心円状の磁界の向きは右ﾈｼﾞの法則として表される。以上はｴﾙｽﾃｯﾄﾞの実験の話を聞いてから、わずか数週間後のことだった。

※磁界は記号Hで表し、単位はA/m。 

ｼﾞｬﾝ･ﾊﾞﾃｨｽﾄ･ﾋﾞｵ

ﾌｪﾘｯｸｽ･ｻｳﾞｧｰﾙ

ﾌﾗﾝｽ

ﾌﾗﾝｽ

ﾋﾞｵ=ｻｳﾞｧｰﾙの法則

※1820年10月頃

ﾌﾗﾝｿﾜ･ｱﾗｺﾞｰ

ﾌﾗﾝｽ

電磁石

人工の永久磁石

ﾌﾚﾈﾙの公式

ﾌﾚﾈﾙは光の横波説に立ち、偏光が屈折率の異なる媒体を通過する際の屈折・反射の挙動を表すﾌﾚﾈﾙの公式を発表。

ｱﾝﾍﾟｰﾙの力(電磁力)

※電流の磁気作用同士の力

⇒電気Eから運動Eへの変換

電流に磁気作用があるならば、磁石と見立てられる電流同士にも磁気的引力･斥力が働くのではと考えて、ｱﾝﾍﾟｰﾙは実験により以下の内容を確認した。

・磁石による静磁場の中に導線を置き、電流を流すと導線に力が働く。

・2本の導線を平行に並べ、電流を同じ向きに流すと導線間に引力が働く。

・2本の導線を平行に並べ、電流を逆の向きに流すと導線間に斥力(反発力)が働く。

・力の大きさは、各々の導線の電流の大きさの積と、導線の長さに比例し、導線間の距離に反比例する。

一定の磁界と、そこに置かれた導線に電流を流して発生する同心円状の磁界(ｱﾝﾍﾟｰﾙの法則/1820年)との相互作用によって生じる力を電磁力(ｱﾝﾍﾟｰﾙの力)と呼ぶ。磁界の衝突によって磁界に強弱(密度)ﾊﾞﾗﾂｷが発生するが、電磁力は、相殺され弱くなった磁界を強め(磁力線の膨らみを解消)、強め合った磁界を弱める(磁力線の過密を解消)方向に働く。

【電流の強さの定義】

電流の強さの定義は、このｱﾝﾍﾟｰﾙが行った実験に基づく。つまり1Aとは、1mの間隔を置いて平行に張った導線に等しい電流を流した時に、導線1mの長さに2×10^-7Nの力が働くときの電流の強さとされる。

【ﾌﾚﾐﾝｸﾞの左手の法則】

電気工学教授だったｼﾞｮﾝ･ﾌﾚﾐﾝｸﾞは1884年頃、ﾌﾚﾐﾝｸﾞの左手の法則を考案。固定した磁界内にある導体に電流が流れた際に、導体に働く電磁力の方向を調べる左手を用いた方法。

電磁気回転の実験

※最初の電動ﾓｰﾀｰ(ﾌｧﾗﾃﾞｰ･ﾓｰﾀｰ)

⇒電気Eから運動Eへの変換

ｴﾙｽﾃｯﾄﾞの発見の翌年、電流の磁気作用を運動に変える電動ﾓｰﾀｰの原型(ﾌｧﾗﾃﾞｰ･ﾓｰﾀｰ)となる実験を行った。容器に水銀を満たし、その中央に棒磁石を立てます。容器の上から水銀に浸るように吊り下げた金属棒を含む電気回路に電流を流すと、金属棒の周囲に磁場が形成され、中央に固定された棒磁石との磁場と相互作用を起こし、金属棒が水銀に浸かりながら棒磁石の周囲を回転運動するようになっている。

ｾﾞｰﾍﾞｯｸ効果

※熱電効果の一種

⇒熱Eから電気Eへの変換

ﾎﾞﾙﾀの電池(1799年)では、異種金属の接合点を湿った布で覆い、回路を作ることで電流を得た。一方でｾﾞｰﾍﾞｯｸは、同種金属であっても回路内の異なる点で温度差を作ることで、電流が発生することを発見(ｾﾞｰﾍﾞｯｸ効果と呼ぶ)。温度差を大きくするほど電流も増す。熱ｴﾈﾙｷﾞｰ(温度差)を電気ｴﾈﾙｷﾞｰとして取り出す方法である。

ｺﾍﾟﾙﾆｸｽ著『天体回転論』、ｶﾞﾘﾚｵ著『天文対話』など

地動説に関する禁書指定が解除

書物『熱の解析的理論』

熱伝導方程式

超臨界流体

臨界点

大砲に水と球を入れて密封し、大砲の温度を変化させながら大砲をたたく音や球を転がす音を調べた。その結果、ある温度を超えると音の変化がなくなる温度(臨界点)があることに気付いた。この臨界点は、ｶﾆｬｰﾙ･ﾃﾞ･ﾗﾂｰﾙ点と呼ばれていた。

気体の温度・圧力・密度に関する定量的な測定は、1869年にT.ｱﾝﾄﾞﾘｭｰｽﾞにより行われ、超臨界流体の概念を提唱する。

ﾛｾﾞｯﾀ･ｽﾄｰﾝの解読完了

言語学者ｼｬﾝﾎﾟﾘｵﾝにより解読完了。ﾛｾﾞｯﾀ･ｽﾄｰﾝには本質的には同一の文章が、三つの書記法(古代ｴｼﾞﾌﾟﾄ語のﾋｴﾛｸﾞﾘﾌおよびﾃﾞﾓﾃｨｯｸ、ｷﾞﾘｼｬ語)で書かれていることは早くから指摘され、解読完了により他のﾋｴﾛｸﾞﾘﾌで書かれた文書の翻訳も進んだ。

塩素ｶﾞｽの液化

加圧と冷却により塩素ｶﾞｽの液化に成功した。様々な気体(CO2/SO2/H2S/N2Oなど)の液化への挑戦、低温物理・低温技術の発展につながる業績である。

書物『火の動力に関する考察』

※ｶﾛﾘｯｸ説の立場で綴られる

ｶﾙﾉｰの定理

ｶﾙﾉｰｻｲｸﾙ

※熱Eから仕事Eへの変換効率には上限がある

ﾆｭｰｺﾒﾝ(1712年)やﾜｯﾄ(1769年)ら蒸気機関の発明から100年以上経つが、なお職人の勘や経験に頼る面が多く、書物の冒頭でｶﾙﾉｰが述べたように蒸気機関における理論面での考察はいまだ不十分であった。

火力機関(熱機関)の効率を上げるためのｶﾙﾉｰの主張は次に二点。

①温度の高低差を作る

熱の効率的な移動には、高温物体と低温物体が必要で、その温度差が大きいほど優れている。

②無駄な熱の移動を抑える

熱機関の運動によって金属部品同士の摩擦熱は動力に使われない。

以上の二点を踏まえ、ｶﾙﾉｰは機関の熱効率を最大化させる理想的な循環過程(ｶﾙﾉｰ･ｻｲｸﾙ、等温膨張→断熱膨張→等温圧縮→断熱圧縮で元に戻るｻｲｸﾙ)を考案した。

ｶﾙﾉｰｻｲｸﾙでは2つの等温過程(等温膨張・等温圧縮)と2つの断熱過程(断熱膨張・断熱圧縮)からなる線分(横軸V/縦軸P,P-V図)で囲まれた四角形の面積が熱機関の正t味の仕事(外部にした仕事－外部からされた仕事となる。ｶﾙﾉｰｻｲｸﾙの熱効率は、1－Tl/Thと表され、要するに高温の熱源(Th)と低温の熱浴(Tl)の温度差だけで決まる。温度差の大きいほど、効率的な熱機関であると言える。

①等温膨張：加えた熱でゆっくり気体の体積が膨張する(ﾋﾟｽﾄﾝは引き出される)

②断熱膨張：ﾋﾟｽﾄﾝを引いて、さらに気体の体積を膨張させて温度は下がる

③等温圧縮：下がった温度のままゆっくりとﾋﾟｽﾄﾝを押して体積を圧縮する

④断熱圧縮：さらにﾋﾟｽﾄﾝを押して、体積を圧縮し温度を上げる

【等温過程】

等温過程ではﾎﾞｲﾙの法則に従い、温度一定とはつまり気体の内部ｴﾈﾙｷﾞｰ(=分子の運動ｴﾈﾙｷﾞｰ)は変化しないということ。つまり、熱の流入による体積膨張は全て仕事ｴﾈﾙｷﾞｰに使われ、逆に体積圧縮の際は熱として外部に逃げることを意味する。

【断熱過程】

断熱過程では熱の流出入がなく、気体の仕事ｴﾈﾙｷﾞｰと内部ｴﾈﾙｷﾞｰ(温度)の間で各種ｴﾈﾙｷﾞｰが変換される。断熱での体積膨張(仕事ｴﾈﾙｷﾞｰの放出)は温度低下(内部ｴﾈﾙｷﾞｰの低下)となり、体積圧縮(仕事ｴﾈﾙｷﾞｰの吸収)は温度上昇(内部ｴﾈﾙｷﾞｰの増加)となる。

【ｴﾝｼﾞﾝの熱効率の状況】

熱効率は、初期のﾆｭｰｺﾒﾝ機関で1%未満、ﾜｯﾄ機関で数%、現代のｶﾞｿﾘﾝｴﾝｼﾞﾝで20%、ﾃﾞｨｰｾﾞﾙｴﾝｼﾞﾝで40%である。現代のｴﾝｼﾞﾝでも熱効率が数十%ということは、残りの大部分は熱として放出されており、通常ｴﾝｼﾞﾝは冷却器(空冷・水冷など)なくしては金属が溶けてしまう。ｼﾞｪｯﾄｴﾝｼﾞﾝや発電ﾀｰﾋﾞﾝには高融点の特殊金属材料(1300度~1500度の高温を利用可能)を使うことで熱源の温度を高めて熱効率を高めている。熱効率を高める方法としては、排熱を再利用するｺﾝﾊﾞｲﾝﾄﾞｻｲｸﾙ発電を複合すれば熱効率は50%以上(2割増し)となる。

【ｶﾙﾉｰｻｲｸﾙは可逆過程】

ｶﾙﾉｰｻｲｸﾙは摩擦熱などの不可逆過程を排除した可逆過程を想定し、時計周り、反時計回りも可能である。時計周りでは温度差から仕事を取り出す過程である一方、反時計周り(逆ｶﾙﾉｰｻｲｸﾙ)は仕事から温度差を作り出す(ﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟ,低温部から高温部への熱流)である過程である。ﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟはｴｱｺﾝなどに利用される。

ｱﾗｺﾞｰの円板

書物『天体力学』、完結

※全五巻

力学があれば神の出る幕はない

1799年から刊行開始した『天体力学』では、摂動論を駆使して太陽系の安定性を証明した(詳細は1799年)。

ﾗﾌﾟﾗｽから『天体力学』を献じられたﾅﾎﾟﾚｵﾝは「貴下の書物には神のことが書かれていないが?」と尋ねると、ﾗﾌﾟﾗｽは「私には、そのような仮説(神の手)は必要なかったのです。」と答えたと伝えられている。

ｱﾙﾐﾆｳﾑ(Al)の単離

※疑義あり

塩化ｱﾙﾐﾆｳﾑとｶﾘｳﾑを反応させ、微量のｱﾙﾐﾆｳﾑが得られた。他の元素と結合しているｱﾙﾐﾆｳﾑを化合物から切り離すのは大変手間が掛かる作業であるため、発見直後は金よりも高く、長い間それは高価な貴金属として扱われる。

【ｱﾙﾆﾐｳﾑの工業的製法】

1886年、ﾎｰﾙやｴﾙｰの両名が独立してｱﾙﾐﾆｳﾑの電気分解による工業的生産法を確立する。当時でもｱﾙﾐﾆｳﾑは銀より高価であったが、工業的生産法よってｱﾙﾐﾆｳﾑは安価で手に入る金属となり、素材としての軽さと強さといった利点から様々な産業分野への利用も始まる。

ﾍﾞﾝｾﾞﾝ

精密な原子量表

酸素の原子量を基準(100)として、精密な原子量表を作成。

※現在の正確な原子量と比較すると、重金属(Pbなど)では大きな乖離が見られる。化学的性質が同じ同位体(ｱｲｿﾄｰﾌﾟ)の発見(1912年)以前であり、その後も原子量は変更された。

ｵｰﾑの法則

※電圧と電流の関係

直列合成抵抗

並列合成抵抗

ｵｰﾑの法則とは「電圧Eと電流Iは比例する」というもの。ただ物質固有の特徴(素材や形状)や温度によりその比例関係の傾き(この比例定数を抵抗Rと呼ぶ)が異なるのでE=R×Iと表される。抵抗Rの単位はΩ(ｵｰﾑ)である。

既に半世紀前にｷｬﾍﾞﾝﾃﾞｨｯｼｭが電流Iと抵抗Rの関係は調べられていたが、未公表だったとされる。ｵｰﾑによる再発見は半世紀後の1827年となった。

※電圧Eの単位：V(=C/J)、電流Iの単位：A(=C/s)、抵抗Rの単位：Ω(=J・s/C^2)

ﾌﾞﾗｳﾝ運動

植物学者ﾌﾞﾗｳﾝは顕微鏡観察で、水に浮かべた花粉由来の微粒子がﾗﾝﾀﾞﾑに動くﾌﾞﾗｳﾝ運動を発見。当初、ﾌﾞﾗｳﾝはﾌﾞﾗｳﾝ運動は花粉が生きている証だと考えたが、無機物の微粒子でもﾌﾞﾗｳﾝ運動が観察された。微粒子が小さいほどﾌﾞﾗｳﾝ運動は活発であった。後に、水分子が衝突してﾌﾞﾗｳﾝ運動を引き起こしていることが明らかになる。

電磁誘導(ﾌｧﾗﾃﾞｰの法則)

⇒運動Eから電気Eへの変換

※変圧器、発電機の始まり

電流の磁気作用(1820年/ｴﾙｽﾃｯﾄﾞ)とは逆に、磁気によって導線(ｺｲﾙ)に電流が流すことはできないか…とﾌｧﾗﾃﾞｰは考えた。

■最初の気づき(8月29日の日誌)

電気回路Aの電流のｵﾝｵﾌのｽｲｯﾁの瞬間に、別の電気回路Bに関連する磁針が触れたことである。

■電磁誘導の発見(10月17日の日誌)

次にﾌｧﾗﾃﾞｰは電流の磁気作用ではなく、普通の磁石の磁気作用で試した。導線(ｺｲﾙ)に棒磁石を近づけたり離したりすると、棒磁石を動かす瞬間だけ導線(ｺｲﾙ)に電流(誘導電流と呼ぶ)は流れ、動かさない時にはｺｲﾙに電流は流れないことを確認した。これをもって電磁誘導の発見に至った。

電流(電荷の動き)はその周囲に磁場を発生させる一方で、磁場の動き(電流に対して磁流?)はその周囲に電場を発生させることを示した。また電磁誘導では動くのは棒磁石である必要はなく、回路(ｺｲﾙ)側が動く場合にも起こる。相対的な動きにより結果として、回路(ｺｲﾙ)を通過する磁場の強さが変動すればよい。

※磁界の時間的変化と誘導電流の方向の関係はﾚﾝﾂの法則(ﾚﾝﾂ/1834年)で指摘。

※電磁誘導により力学的ｴﾈﾙｷﾞｰを電気に変換する発電機が作られ、電池では困難な大規模発電や交流電流を作り出せる。

【ﾌﾚﾐﾝｸﾞの右手の法則】

電気工学教授だったｼﾞｮﾝ･ﾌﾚﾐﾝｸﾞは1884年頃、ﾌﾚﾐﾝｸﾞの右手の法則を考案。棒磁石などの固定された磁界内で、導体(ｺｲﾙなど)を動かした際に、その導体内に発生する誘導電流(誘導起電力)の方向を調べる右手を用いた方法。右手の法則も左手の法則も、磁場は固定された前提である。

【ﾌｧﾗﾃﾞｰの日誌】

ﾌｧﾗﾃﾞｰは1820年(29歳)から1862年(71歳)まで42年間にわたり、毎日詳細な実験記録を日誌として書き留めている。1831年8月29日の日誌を見ると電磁誘導発見の歴史的な瞬間が綴られる。

【電磁誘導の発見が遅れた理由】

ｴﾙｽﾃｯﾄﾞが電流の磁気作用を発見(1820年)すると、その逆方向の作用である磁気による電流の誘発も多くの学者によって推論されたと思われるが、10年余りその発見は遅れた。それは単に電流の磁気作用の作用圏内に良導体を置いただけでは、良導体に何ら電流が誘起されなかったためである。ただ電気回路の横で磁石を動かすということ自体は実験室内で日常的にあり得ない事態とは考えづらい。検流計の役割を示す磁針が、単に動かした磁石の磁場の変化に反応しているのか、それとも電磁誘導により発生する磁場に反応しているのか、分かりづらかったのかもしれない。

電磁誘導による発電機の原理

ﾏｸｽｳｪﾙ、誕生

交流電流

整流子

電磁誘導(1831年/ﾌｧﾗﾃﾞｰ)を応用した手回し発電機(ﾀﾞｲﾅﾓ)を発明。ﾊﾝﾄﾞﾙを手で回すと永久磁石が回転し、ｺｲﾙに交流電流を発生させる仕組み。またｱﾝﾍﾟｰﾙの提案により整流子(電流の向きを切り変えるｽｲｯﾁ)を付けて、交流電流を直流電流(脈流)に変換できるよう工夫を凝らした。但し、直流電流といっても電池のような定常直流ではなく、脈打つ直流(脈流)である。

※脈流を電池のような定常直流に調整する平滑回路には、真空管が必要になる。

【電源の発展史】

電源の発展史を振り返ると、静電気を溜められるﾗｲﾃﾞﾝ瓶(1745年)は瞬発的な電流(放電)、化学反応による電池(1799年)は連続的(逓減的または定常的)で比較的小さな直流電流、力学的運動による発電機(1832年)は色々と調整可能な大電力が得られる電源という風に登場してきた。

【電力需要拡大の端緒】

大電力を得やすい発電機は発電所の建設のために必須であるが、そもそも電力需要がなければならない。本格的な電力需要は、実用ﾚﾍﾞﾙ(600時間以上の連続点灯が可能)の白熱電球の発売(1881年/ｴｼﾞｿﾝ)など照明産業の発展が後押しした。

論文『物体系の相対運動の方程式』

ｺﾘｵﾘの力

地球上の物体が狭い範囲で運動する場合には慣性力として遠心力のみを考えればよいが、広い範囲を運動する物体(気流･海流･長距離弾道)を扱う場合、ｺﾘｵﾘの力も考慮する必要がある。

地球は自転するため地球表面は、赤道上では1670km/h(=0.46km/s)の速度を持つが、赤道から北極や南極に移動するとその速度は小さくなり、極では自転速度はｾﾞﾛとなる。こうした普段は慣性力として潜んでいる自転運動が、砲弾などの大陸間をまたぐ運動では現れる。

※周囲が同じ運動をするからその運動はないように感じるが、環境(座標系)が変わると現れてくるこうした運動は、潜力(慣性力の一種)と名付けたい。潜熱のｱﾅﾛｼﾞｰである。

1832

書物『雪華図説』

ｶﾙﾉｰ、逝去

ｺﾚﾗにより36歳で夭折。

ﾌｧﾗﾃﾞｰの電気分解の法則

電気化学当量

電気の同一性

ｸｰﾛﾒｰﾀｰ(電量計)

電源(摩擦、電池、電磁誘導、熱電気、電気魚)によらず電気の性質(磁気作用、熱作用、生理的な刺激、火花放電、電気分解など)は、全て同一であることを確認した。電気分解反応において、ｸｰﾛﾒｰﾀｰ(電量計)を用いて電気量と物質の増減量の定量的な関係を調べて、以下2つの重要な法則(ﾌｧﾗﾃﾞｰの電気分解の法則)を発見した。

第一法則は、析出する物質の量は流れた電気量に比例すること。

第二法則は、電気化学当量は化学当量に等しく、同じものであること。

水素、酸素、塩素、ﾖｳ素、鉛、錫の電気化学当量は1、8、36、125、58と提案。

【後世への影響】

電気化学当量は原子量(→原子論)の問題と深く関連するが、ﾌｧﾗﾃﾞｰは原子の存在には懐疑的であったため原子量の決定を研究ﾃｰﾏとして扱わなかった。また電子の発見(1897年/J.J.ﾄﾑｿﾝ)はまだ先であったが、ﾌｧﾗﾃﾞｰの発見は電気素量の存在を広く示唆した。電力事業の観点(1882年頃)では、使用料金制度として従量制を採用する際に、ﾌｧﾗﾃﾞｰの電気分解の第一法則(使用した電気量を物質の重量に変換)して測定可能にした。

ﾏｲｹﾙ･ﾌｧﾗﾃﾞｰ

ｳｨﾘｱﾑ･ﾋｭｰｴﾙ

ｲｷﾞﾘｽ

ｲｷﾞﾘｽ

電気化学の用語を提案

電極、ｱﾉｰﾄﾞ、ｶｿｰﾄﾞ、ｲｵﾝ、ｱﾆｵﾝ、ｶﾁｵﾝなどの電気化学用語を提案。

※ｲｵﾝ、ｱﾆｵﾝ、ｶﾁｵﾝは現在までに意味が変化したものの、用語自体は定着した。

※なおﾋｭｰｴﾙは英語の科学者(scientist)という言葉を作ったことでも知られる。

ﾍﾟﾙﾃｨｴ効果(熱電効果の一種)

ｾﾞｰﾍﾞｯｸ効果が、温度差から電流を生み出す効果であった一方、ﾍﾟﾙﾃｨｴ効果はその逆で、電流から温度差を生み出す効果。

ﾊｲﾝﾘﾋ･ﾚﾝﾂ

ﾚﾝﾂの法則

※電磁誘導の方向決め

電磁誘導(ﾌｧﾗﾃﾞｰ/1831年)では、ｺｲﾙは自身の磁界が棒磁石(の磁界)の動きによって乱されぬように(磁界の変化を妨げるように)、ｺｲﾙ内に誘導起電力が生じ、誘導電流の方向が決まる(ﾚﾝﾂの法則)。誘導電流の方向に対してｱﾝﾍﾟｰﾙの右ﾈｼﾞの法則を適用すればｺｲﾙに発生した磁界が知れるが、仮に棒磁石のN極側からｺｲﾙに進行したならば、ｺｲﾙはN極で押し返すように誘導電流を流すことになる。そして棒磁石がｺｲﾙから引かれる時には、ｺｲﾙはS極で引き留めるように誘導電流を流すことになる。 電磁誘導で生じる誘導起電力の大きさは、棒磁石の動きが速いほど、棒磁石の磁界が強いほど、ｺｲﾙの巻き数が多いほど大きくなる。

電場に対するｶﾞｳｽの法則

(電束保存の法則)

発見年は仮置き

磁場に対するｶﾞｳｽの法則

(磁束保存の法則)

回転座標系における物体の運動に関する論文を発表。地球規模で運動する物体に対しては、ｺﾘｵﾘの力が働く。大気の流れ・海流・長距離弾道などに影響。

定常電池、ﾀﾞﾆｴﾙ電池

恒星の年周視差

※地動説の証拠

ｼｭﾄﾙｰｳﾞｪは地動説の証拠である年周視差を観測するべく、太陽系に近く年周視差が大きい星を3つの基準(明るいこと、固有運動が大きいこと、連星であれば2星の間隔が十分に離れて見えること)によりｳﾞｪｶﾞ(織女星)を選び出した。その結果、ｳﾞｪｶﾞは約1/8秒ほどの年周視差があることが発見された。

書物『舎密開宗』

※日本最初の化学書

恒星の年周視差

※地動説の証拠

※ｼｸﾞﾆ61の距離(10.4光年)

ﾌﾗｳﾝﾎｰﾌｧｰが開発した高品質の光学機器を使用し、白鳥座61番星(ｼｸﾞﾆ61)を1年間観測し、その年周視差(地球の公転により星の位置がずれる現象)は0.31秒と測定され、白鳥座61番星までの距離(約10.4光年)が決定された。

年周視差は、地球の公転運動を裏付ける証拠であり、ｼｭﾄﾙｰｳﾞｪのｳﾞｪｶﾞの年周視差の発見(1837年)に続き、約300年前にｺﾍﾟﾙﾆｸｽが提唱した地動説を正しさを実証した。

ﾌｧﾗﾃﾞｰ暗部

希薄な空気で満たされた低真空の放電管を起動させると管内の気体が発光(ｸﾞﾛｰ放電)し始めるが、陰極付近にはﾌｧﾗﾃﾞｰの暗部と呼ばれる発光の弱い領域(弱電離領域)が生じる。

ﾍﾞｸﾚﾙ効果 (光起電力効果)

薄い塩化銀で覆った白金電極を電解液に浸し、片方に光を当てると電流(光電流)が流れる現象を発見。光起電力効果の最初の報告。

1839

銀板写真法(ﾀﾞｹﾞﾚｵﾀｲﾌﾟ)を発表

ﾊﾟﾘの劇場の背景画家ﾀﾞｹﾞｰﾙは、露光したﾖｳ化銀板を水銀蒸気で現像し、映像を食塩水により定着する方法を発明。この銀板写真をﾀﾞｹﾞﾚｵﾀｲﾌﾟと命名。

1839

恒星の年周視差

※地動説の証拠

※ｹﾝﾀｳﾛｽ座α星の距離(3.3光年)

1839

月の写真

加硫ｺﾞﾑ

ｺﾞﾑの加硫法

電流の熱作用(ｼﾞｭｰﾙの法則)

ｼﾞｭｰﾙ熱

※電気Eから熱Eへの変換

ｼﾞｭｰﾙはｴﾈﾙｷﾞｰ変換に関する研究をし、1840年には電気と熱の関係を定量的に調べてｼﾞｭｰﾙの法則を発見した。ｼﾞｭｰﾙの法則とは、電流の3作用(熱、磁気、化学)のうち熱作用に関するもので、ある抵抗を持つ導線(電気回路)に電流を流して発生する熱(ｼﾞｭｰﾙ熱と呼ぶ)は、電流の2乗と抵抗に比例する現象である。

投じた単位時間当たりの電気ｴﾈﾙｷﾞｰ(電力W(J/s))は、電圧E(V=J/C)と電流I(A=C/s)の積(J/s)として得られる。ｵｰﾑの法則(1827年)を使って電圧Eを式から消すと、電力W(J/s)=抵抗R(Ω)×電流I^2(A^2)となり、ｼﾞｭｰﾙの法則の式が得られる。

※電流による3つの作用(熱作用、磁気作用、化学作用)のうち、熱作用の発見。

※ｼﾞｭｰﾙは続いて仕事と熱の関係を明らかにしようと研究を進め、1843年には熱の仕事当量を発見する。

ｼﾞｮｰｼﾞ･ｴﾙｷﾝﾄﾝ

(ｴﾙｷﾝﾄﾝ商会)

電気めっきの産業化

金･銀めっきの特許取得

ﾊﾞｰﾐﾝｶﾞﾑの製造業者であったｴﾙｷﾝﾄﾝ商会は、商業的採算がとれるものとして最初の電気めっき技術の特許を取得した。

ｱﾝﾘ･ｳﾞｨｸﾄﾙ･ﾙﾆｮｰ

ﾎﾞｲﾙの法則からのｽﾞﾚ

※理想気体と実在気体とのｽﾞﾚ

当時、理想気体の挙動を示すﾎﾞｲﾙ=ｼｬﾙﾙの法則は既に知られていた(1787年)。ﾙﾆｮｰは気体の精密実験を行い、気体が圧縮される理想気体から大きくｽﾞﾚることを発見。ﾙﾆｮｰはｽﾞﾚの原因を分子間力の影響と推察。

※なお分子間力を考慮した気体の状態方程式は、ﾌｧﾝ･ﾃﾞﾙ･ﾜｰﾙｽにより発表(1873年)される。

光のﾄｯﾌﾟﾗｰ効果

天体から届く光の色(=光の波長)に関する論文を発表。波の振動数は、波源と観測者の相対運動に依存して変化する説を唱えた。

書物『無生物界の力の所見』

ｴﾈﾙｷﾞｰの保存

※力学ｴﾈﾙｷﾞｰ以外にも拡張

※後の熱力学第一法則へ

熱の仕事当量の計算

ﾏｲﾔｰの関係式

ﾏｲﾔｰは熱の仕事当量の推定に、ﾏｲﾔｰの関係式から行った。ﾏｲﾔｰの関係式とは、気体の2種類の比熱(定圧ﾓﾙ比熱Cpと定積ﾓﾙ比熱Cv)の関係がCp-Cv=Rとなることであり、気体定数R(J/K/mol)は気体が熱による膨張(仕事)に使われた比熱と一致する。よって各比熱を正確に求めることで、熱の仕事当量が計算される。

またﾏｲﾔｰは、電気・磁気・熱・仕事・光・化学反応などの作用の相互変換性と"力"(今で言えばｴﾈﾙｷﾞｰ)の保存を提唱した。

【二つの比熱の関係】

ﾓﾙ比熱とは1mol気体の温度1度上げるために必要な熱量。比熱の測定は、体積一定で温度を変える場合の定積比熱Cvと、気圧一定で温度を変える場合の定圧比熱Cpがある。定積比熱は仕事がなく加えた熱はそのまま内部ｴﾈﾙｷﾞｰ(気体の温度上昇)なるが、定圧比熱は加えた熱が仕事(気体の体積増加)と内部ｴﾈﾙｷﾞｰに分けられる。従って、温度1度上昇に必要な熱量(比熱)は、仕事に使われるﾛｽがない分Cp>Cvとなる。また断熱自由膨張の実験(ｹﾞｲ・ﾘｭｻｯｸ/1809年)の結論として、気体の内部ｴﾈﾙｷﾞｰは体積によらず温度のみの関数であるため、定積比熱Cvも温度のみの関数である。

熱の仕事当量の測定(1cal=4.2J)

仕事から熱への変換

ｼﾞｭｰﾙは電気と熱の関係(1840年)に続き、仕事と熱の関係を水車の実験により明らかにした。水中で水車を回す仕事(力学的ｴﾈﾙｷﾞｰ)がどれだけ水の温度上昇(熱ｴﾈﾙｷﾞｰへの変換)に寄与するか精密な実験を行った。この時重り(質量m)が落下する際の仕事を水車の回転に利用するため、その仕事(摩擦を無視)はmghとなる。このmghと水温上昇の関係を調べ、1cal=4.2Jという結論を得た。

※1calは1gの水の温度を1度上昇させるために必要な熱量と定義される。

1847年にｱﾏﾁｭｱ研究家であったｼﾞｭｰﾙ(28歳)は、水車の実験を学会で発表したが、あまり注目されなかった。しかし、発表直後に23歳のｳｨﾘｱﾑ・ﾄﾑｿﾝ(後のｹﾙｳﾞｨﾝ卿)が声をかけて研究協力を行うなど次第に学会内でもｼﾞｭｰﾙの評価は高まっていった。

ｼﾞｭｰﾙは電気と熱の関係(1840年)、熱と仕事の関係(1843年)を明らかにし、後のｴﾈﾙｷﾞｰ保存則の概念の確立に貢献した。ｼﾞｭｰﾙの名はｴﾈﾙｷﾞｰの単位にもなった。

海王星を予言

ﾄﾞｲﾂのｱﾏﾁｭｱ天文学者(もとは薬剤師)ｼｭﾜｰﾍﾞは、水星より内側を周っていると考えられた惑星ﾊﾞﾙｶﾝの発見のため、太陽面を通過する物体の様子を調べており、関連して太陽黒点についても調べていた。太陽に近い惑星(水星や金星)では、太陽と同じ方向に存在するため太陽が沈んでいる時間帯に空に光っている状態を見つけることは難しく、通常、太陽表面を通過する際のｼﾙｴｯﾄを観察する必要があり、太陽黒点と似た小さな黒い円として見える。

ｼｭﾜｰﾍﾞは1826年~1843年の観測ﾃﾞｰﾀをもとに太陽黒点が、およそ10年周期で増減していることを発表した。ｼｭﾜｰﾍﾞは1825年に観測を始め1869年まで続け、協力者によるものも含めて8000以上の太陽黒点をｽｹｯﾁを残している。

※現在では太陽の活動周期は11年周期とされている。

ｱﾙﾍﾞﾙﾄ･F.ﾄﾞｯﾌﾟﾗｰ

音のﾄﾞｯﾌﾟﾗｰ効果

光だけでなく音にもﾄﾞｯﾌﾟﾗｰ効果は適用できることを示した。

ﾓｰﾙｽ信号の初の公開送信

ｸﾞｽﾀﾌ･ｷﾙﾋﾎﾌ

電気回路のｷﾙﾋﾎﾌの法則

①ｷﾙﾋﾎﾌの電流則(第1法則)

②ｷﾙﾋﾎﾌの電圧則(第2法則)

ﾌｧﾗﾃﾞｰ効果 (磁気旋光)

※光と磁場の相互作用

1845

惑星軌道の近似解を得る摂動論から導かれる天王星(ﾊｰｼｪﾙ/1781年)の軌道と、実際の観測結果とに食い違いみられた。これは未知なる惑星の存在を示唆しており、計算上予測された位置には海王星が発見された。なお経験則となっていたﾃｨﾃｨｳｽ=ﾎﾞｰﾃﾞの法則(1766年)は成立しない位置であった。

書物『力の保存について』

ｴﾈﾙｷﾞｰ保存則を定式化

※後の熱力学第一法則へ

ﾏｲﾔｰが提唱(1842年)したｴﾈﾙｷﾞｰ保存の概念を定式化。ｴﾈﾙｷﾞｰとはｷﾞｼﾘｬ後で「仕事を含む」という意味。どこかである量のｴﾈﾙｷﾞｰ(仕事や熱など)が消えると、それに等しい量のｴﾈﾙｷﾞｰが、同じ物理系に発生しなければならない。

後にｸﾗｳｼﾞｳｽにより熱力学第一法則(1850年)として位置付けられる。

自動計算機の設計図

階差機関と呼ばれる機械仕掛けの計算機を設計開発。有限階差法という数学の原理を利用して数値計算を行い、その結果を自動的に印刷して打ち出す。

黒点相対数の提案

太陽活動周期は約11年

ｽｲｽの天文学者ｳｫﾙﾌは太陽黒点の周期性を過去の観測ﾃﾞｰﾀを集めて系統的な比較を試みた。黒点活動の活発さを表すためにｳｫﾙﾌは黒点相対数という指数を用いた。黒体相対数は、太陽表面に現れる黒点の集団の個数(群数:g)と、(大きさによらず)黒点の個数(黒点数:f)を数えて、R=k(10g+f)で計算される。比例係数kは情報源の異なるﾃﾞｰﾀを比較可能な値へ規格化するための調整項目である。

ｳｫﾙﾌは望遠鏡による観測開始時まで記録を遡り、信頼できるﾃﾞｰﾀのある1745年以降について、平均して約11年の周期があることを確認した。

後にｳｫﾙﾌは1755年をｽﾀｰﾄに太陽活動周期を第1期として順に番号を付けて、現在もその方針を引き継がれ、2019年12月から第25期がｽﾀｰﾄしたとNASAとNOAA(ｱﾒﾘｶ海洋大気庁)が発表(2020年9月15日)している。

大気中の光速度の測定

(秒速315300±500km)

ﾌｨｿﾞｰは天文現象に頼らない、回転する歯車を利用した地上(大気中)での光速度測定に初めて成功した。大気中の光速度は秒速31.53(±0.05)万kmと測定。光源にﾛｳｿｸ、おもり滑車を動力(まだ電気ﾓｰﾀｰはなかった)にして回転させる歯車、8km先に設置した反射鏡(光の往復距離は16km)、8km先の反射鏡に映るﾛｳｿｸの見え方を観察する望遠鏡、を用いて反射鏡の光が強く見える時の歯車の回転数から光の往復時間を算出し、光速度を算出した。得られた光速度は実際より5%程度大きいが、当時の器具の限度を考えると、正確なものと言える。参考資料。

※天文現象を利用した光速度の測定は、ﾚｰﾏｰ(1675年)やﾌﾞﾗｯﾄﾞﾘｰ(1728年)が成功。

論文『重力と電気の関係』

※力の統一理論の先駆け

ﾌｧﾗﾃﾞｰは論文の冒頭に記したように、自然界のあらゆる力は相互作用し、同じ起源を持つ一つの基本的な力が、異なる形で現れるものだと考えた。元来、異なるものと思われていた電気と磁気の相互作用が見つかり(ｴｰﾙｽﾃｯﾄﾞ/1820年)、ﾌｧﾗﾃﾞｰはさらに当時知られていた別の力である重力を結び付ける現象を見つけようとした。

ﾌｧﾗﾃﾞｰは電気と重力の相互作用の存在を見つけ出すため、電磁誘導(ﾌｧﾗﾃﾞｰ/1831年)のｱﾅﾛｼﾞｰとして、重力場での物体の移動は電流を誘発するかどうかを調べた。

実験結果では重力と電気の関係を示す証拠は得られなかったが、それでも両者の間に関係が存在すると信じる私の気持ちは少しも揺るがないとして、論文を締めくくっている。

水中の光速度の測定

※光の波動説の勝利

光の粒子説と波動説が併存する中、空気中から水中へ光が進む際に、水中の光速度は粒子説では加速し、波動説では減速すると考えられた。ﾌｰｺｰは、回転する鏡を用いて水中での光速度の測定と、大気中から水中へ進む光速度の速度変化を調べた。その結果、水中では光速度が減速したため、これによりﾆｭｰﾄﾝの粒子説に基づく予測(水中の方が光速度は速い)は否定され、光の波動説が支持された。但し、波動説の場合、光を伝える媒質ｴｰﾃﾙが必要とするため、その発見は課題として残り続けた。

なお1862年、ﾌｰｺｰは同様の測定方法で真空中で光速度の精密測定を実施している。

【光速度と屈折率の関係】

光速度は真空中では秒速30万km(cと表す)の一定速度で進む。しかし、物質中を進む光は、その物質の屈折率(n)に従い光速度c/nで減速する。真空中ではn=1、水中ではn=1.33となり、水中の光速度は約22.6万kmとなる。

論文『熱の動力と熱理論』

熱力学第1法則(ｴﾈﾙｷﾞｰ保存則)

熱力学第2法則(ｴﾈﾙｷﾞｰ変換則)

ｸﾗｳｼﾞｳｽは熱力学として最初の論文『熱の動力と熱理論に関する諸法則』を発表。熱力学の法則として、ｼﾞｭｰﾙ、ﾏｲﾔｰ、ﾍﾙﾑﾎﾙﾂらにより既に示されていたｴﾈﾙｷﾞｰ保存則がある一方で、ｶﾙﾉｰが示した熱の変換効率(ｶﾙﾉｰの原理)に関する法則に注目し、整理した。

ｴﾈﾙｷﾞｰ保存則は熱力学第1法則として定式化し、ｶﾙﾉｰの原理(熱を全て仕事に変換できない)は熱力学第2法則とした。第2法則では、可逆過程において、低温槽における"流入熱量/温度"と高温槽における"流出熱量/温度"の各値が等しいことに注目し、この比率をｴﾝﾄﾛﾋﾟｰとして定義した。熱機関では実際には不可逆過程であり、ｴﾝﾄﾛﾋﾟｰは

※ｴﾝﾄﾛﾋﾟｰとはｷﾞﾘｼｬ語で変換･変化を意味するﾄﾛﾍﾟを語源とする。

現在我々が見るdU=dQ－dw(熱の流出入=内部への仕事ｴﾈﾙｷﾞｰ＋外部への仕事ｴﾈﾙｷﾞｰ)という形式は1865年の論文で提示された。ここでｴﾈﾙｷﾞｰ保存則の対象となるｴﾈﾙｷﾞｰの形態は、仕事(力学ｴﾈﾙｷﾞｰ)、熱、温度(内部ｴﾈﾙｷﾞｰ)である。

【ｴﾈﾙｷﾞｰ保存則の破綻】

1900年以降確立された量子論では、不確定性原理よりｴﾈﾙｷﾞｰ保存則(ｴﾈﾙｷﾞｰは無から生じない)は必ずしも守られていない状況が判明する。実は真空では、瞬間的(10兆分の1など)にｴﾈﾙｷﾞｰの発生・消滅が起きており、厳密な意味でのｴﾈﾙｷﾞｰ保存則は破られている。ちなみに、電荷保存則については厳密に守られ、例えば電子が真空中から突如発生する際には必ず陽電子を伴う対生成となる。逆に消滅する際には両者同時の対消滅となる。但し、電荷のない中性の仮想光子などは対ではなく単独で生成・消滅が起こる。

1850

2国間を繋ぐ海底ｹｰﾌﾞﾙの敷設

1840年代、ﾖｰﾛｯﾊﾟやｱﾒﾘｶで陸上の電信網(ﾓｰﾙｽ信号)は急速に普及した。一方、海底の電信網は、電線を覆う絶縁物質の開発のため、敷設は遅れていた。その後、絶縁物質の材料としてﾏﾚｰ半島の樹木ｶﾞﾀﾊﾟｰﾁｬ(ｺﾞﾑの木)の樹液が有望であることが判明し、海底ｹｰﾌﾞﾙ敷設の道が開けた。

1848年頃、ﾌﾞﾚｯﾄ兄弟はﾄﾞｰﾊﾞｰ海峡(英ﾄﾞｰﾊﾞｰと仏ｶﾚｰの間の35km)に海底ｹｰﾌﾞﾙを敷設する計画を立てた。ｲｷﾞﾘｽとﾌﾗﾝｽの双方の承認のもと1850年に海底ｹｰﾌﾞﾙの敷設は完了した。ﾓｰﾙｽ信号による幾つかのﾒｯｾｰｼﾞのやり取りに成功したが、翌日には通信途絶。漁師が海藻と思って切断したためとされる。