02. 열역학 제 1법칙
열역학
PART 02. 열역학 제 1법칙
에너지 보존의 법칙 - 주어진 계의 에너지와 나머지 외계의 에너지 총 합이 일정하다.
= E, 열, 일 세가지 물리량의 상관관계를 정의
주어진 물질이 보유한 에너지와
그 물질의 외부에서 물질로 전달되는 열이나 일의
상관관계를 수식적으로 표현한다.
줄Joule의 실험
단열 용기 내의 물을 회전 날개로 교반(기계적인 일)하여
물의 온도가 상승(물의 내부 에너지가 증가)하는 현상을 관찰한다.
계에 일 W 을 가하여 내부 에너지 U 의 변화를 유발한다.
△U = W
△U는 일이 가해지기 전과 후 물의 에너지 차이 U2 - U1 을 의미
W는 차이가 아니라 절대량
외부로부터 전달된 일에너지는
물질의 내부에너지 변화에 사용된다.
→ 물질의 내부 에너지 변화를 알면, 기계적인 일의 양을 계산 할 수 있음
(회전 날개 말고 열을 가하는 가열기를 부착)
가열기는 물의 온도를 높힘. 열 Q 로 내부에너지 증가
△U = Q
어떤 물질에 열이 가해지면,
그 열은 내부 에너지를 변화 시킨다.
→ 물질의 내부 에너지 변화를 알면, 계를 출입한 열의 양을 계
(일과 열을 동시에)
△U = Q + W → 열역학 제 1법칙
계의 에너지 변화 = 외계의 에너지 변화
내부에너지는 비가시적 에너지
: 외부로 표시되지 않는다.
물질 자체에 보관.
이 보관된 에너지는 외부로 이동하지 않는 한 관찰되지 않음
따라서, 측정을 위해서라면, 그 에너지를 외부로 이동 시켜야만 한다.
EX)
내부 에너지를 결정하기 위해 온도를 측정하려면,
그 물질의 에너지를 온도계로 이동시켜야함 → 비가시적 에너지
열, 일은 가시적 에너지
열 : 온도 높은 곳 → 낮은 곳으로 이동 할 때 생성되는 에너지의 이동 형태
일 : 물질의 부피 변화와 같은 현상을 수반하면서 발생하는 에너지의 이동 형태
존재 자체가 가시적 에너지 절대량을 측정가능
△U = Q + W
△ : 절대값 표시 아니고 오직 변화량임
Q, W : 구체적인 값 표시
제 1법칙의 주된 의미는 외계에서 전달된 일정한 값을 가진 열과 일로부터
직접 그 절대값을 구할 수 없는 내부 에너지의 '변화량'을 계산 할 수 있게 한다.
내부 에너지 = 물질의 고유 물성(물질의 상태 온도, 압력, 부피, 조성 등이 정해지면 일정 값을 가지는 성질)
열, 일 = 에너지의 이동 형태이므로 경로나 과정에 따라 그 양이 달라진다(경로 함수)
△U = Q + W 는 경로 함수로부터 고유 물성의 변화를 계산 할 수 있도록 한 식
내부에너지 변화가 계산 된다는 것은 물질의 상태 변화를 구할 수 있음
→ 상태에 따라 변화하는 다른 고유 물성로 계산 가능
*열역학의 법칙
