기말고사 이론

열에너지와 역학에너지의 관계를 나타내는 법칙입니다. 기체의 법칙에서 사용하는 압력, 온도, 부피에 열량을 추가한것으로 열량을 주게 됨으로써 계에 발생하는 변화를 관찰합니다.

다음으로 열역학의 기본식인 Q = dU + W에 대해서 설명하겠습니다. 먼저 어떠한 계에 열량을 주게되면 온도와 부피가 변화게 됩니다 이를 식으로 나타내면 열량 = 온도변화 + 부피변화로 나타낼 수 있습니다. 다음으로 부피와 일의 관계에 대해서 설명하겠습니다. 먼저 일의 정의는 힘의 방향으로 움직였을때입니다 이때 계가 팽창, 수축하는 것은 계가 일을 한것으로 볼수있기에 결국 부피변화는 일입니다 따라서 열량 = 온도변화 + 일이라는 식을 얻을수 있습니다. 다음은 온도와 내부에너지의 관계에 대해서 설명하겠습니다. 내부에너지란 계 내의 분자운동에너지를 의미하며 분자운동에너지는 3/2RT로 나타낼 수 있습니다 여기서 R은 상수로써 결국 온도만 남게되어 분자운동에너지는 온도만의 함수이고 내부에너지 또한 온도만의 함수입니다. 따라서 온도변화를 내부에너지변화로 나타낼수있으므로 Q = dU + W가 됩니다.

다음으로 열역학의 1차 응용식에 대해 설명하겠습니다. 먼저 정압상태입니다. 정압상태란 압력이 일정할때로 압력이 0입니다. 이를 식으로 나타내면 ~입니다 따라서 정압상태에서의 열량은 엔탈피변화가 됩니다 다음은 정온상태입니다. 정온상태란 온도변화가 없다는 의미로 내부에너지 또한 변화가 없다는 의미입니다 따라서 내부에너지 변화가 0을 의미합니다 이를 식으로 나타내면 ~입니다 따라서 정온상태에서 열량은 일이 됩니다 다음은 정용상태입니다. 정용상태란 부피변화가 없다는 의미로 부피변화가 0을 의미합니다. 이를 식으로 나타내면 ~입니다 따라서 정용상태에서 열량은 내부에너지 변화가 됩니다. 다음은 단열상태입니다. 단열상태란 열량이 0임을 의미합니다 이를 식으로 나타내면 ~입니다 따라서 일을 할때 내부에너지를 사용한다는 의미입니다.

다음으로 열역학의 2차 응용식에 대해 설명하겠습니다. 열역학의 2차응용식은 열용량으로 표시합니다 이를 식으로 나타내면 ~입니다 다음으로 정용상태입니다 먼저 열량을 주었을때 기체 1mol이 1’C 상승했을때를 가정합니다 이때 정용상태로 만들어주기 위해서는 어떠한 실린더의 피스톤에 걸쇠를 걸어 부피변화를 없게합니다 다음으로 정압상태입니다. 먼저 열량을 주었을때 기체 1mol이 1’C 상승했을때를 가정합니다 이때 압력은 일정하고 부피와 온도가 변하게됩니다.

열역학 제1법칙이란 에너지 보존의 법칙입니다 먼저 열역학 제1법칙에는 두가지 내용이 있습니다. 1) 에너지는 형태가 바뀌어도 총량은 변하지 않는다 2) 모든 에너지는 최종적으로 열에너지로 존재한다 위의 사이클을 보면 증기 1000cal가 운동+전기에너지 500cal로 사용되고 나머지 500cal는 대기중으로 사라집니다 여기서 운동+전기에너지 500cal중 300cal가 빛에너지에 사용되고 나머지 200cal는 대기중으로 사라집니다 이처럼 대기중으로 사라진 열 에너지를 엔트로피라고 하며(쓸수없는, 쓸모없는 에너지) 에너지는 변환할수록 엔트로피는 증가하고 쓸수있는 에너지는 감소하며 그 총량은 변하지 않습니다 이때 계속해서 에너지를 변환하면 엔트로피가 증가하므로 모든 에너지는 최종적으로 열에너지로 존재합니다