열역학적 계 (thermodynamic system)
| 영어로 | 에너지 교환 | 물질 교환 | |
고립계 | isolated system | × | × | |
닫힌계 | closed system | ○ | × | =밀폐계 |
열린계 | open system | ○ | ○ | =개방계 |
고립계에서는,
계,system : 관심의 대상이 되는 부분
주위(surroundings): 계를 제외한 나머지 부분
계와 주위를 합쳐 우주(thermodynamic universe).
(논외로, 일반물리 역학부분에서는 계의 에너지를 다룰 때
계(system)
경계(system boundary)
환경(environment)
이렇게 나누는 것을 봤는데... 이런 분류의 차이의 이유는 무엇인지. 아울러,
고립계: 에너지가 계의 경계를 넘을 수 있는 경우 (→ 에너지 보존 법칙 성립)
비고립계: 에너지가 계의 경계를 넘지 않는 경우
이것은 위의 표와도 일치. 즉, '고립'의 주어는
에너지,energy.)
계와 주위 사이에 벽(wall)이 있는데,
- diathermal (열을 통과시키는 벽)
- adiabatic (단열 벽)
이 있다.
경계(boundary)와 같은 말?
2. Topics ¶
비가역반응 irreversible process
3. 열역학의 법칙 ¶
0 | 열평형에 대한 서술 |
1 | 에너지 보존 법칙 |
2 | 엔트로피 증가 법칙 |
3 | 절대 0도에 도달할 수 없다는 것 |
A와 B가 열평형(thermal equilibrium)이고,
B와 C가 열평형이면
A와 C도 열평형이다.
이때 B는 온도계(thermometer) 역할을 한다.
다른 말로는,
'온도라는 것이 있다'는 법칙.
다른 말로는 에너지보존법칙.
자연계에서 에너지의 총량은 일정하다는 법칙.
우주의 에너지의 양은 변하지 않는다.
에너지는 보존되며 새롭게 만들어지지도 파괴되지도 않는다.
에너지는 창조되지도 파괴되지도 않는다. 우주의 총 에너지는 일정하다. 어떤 계가 에너지를 잃으면 그 주위가 에너지를 얻는다. vice versa.
내부 에너지를 정의한다. (see
내부에너지,internal_energy)
TOCLEANUP
외부와 계 사이에
일,work을 주고받는걸 상상해 본다.
일(W):
시스템이 하는 일 W > 0
시스템이 받는 일 W < 0
--Q--> [ System ] --W-->
그러면 시스템의 에너지의 변화는 +Q-W = 내부에너지의 변화 ΔU = Uf - Ui
복습
Pictorially,
Heat Work
+ +--------+ +
----------->| System |----------->
- | | -
<-----------| |<-----------
+--------+
ΔE = Q + W (화학)
계가 받은 열(Q)과 계에게 해준 일(W)의 합을 계의 에너지 변화량(ΔE)이라 한다.
여기서 외부 압력에 대해 부피가 변하는 일 외에 다른 일이 없다면,
일은 W = -PΔV, 따라서 ΔE = Q - PΔV
ΔU = Q - W (물리)
1법칙은 가능하냐 불가능하냐를 따진다. (possibility) 하지만 제 2법칙은 자발적으로 가능한지를 따진다. (spontaneity)
Clausius의 표현: 열은 자발적으로 낮은온도에서 높은온도로 흐를 수 없다.
Kelvin의 표현: 높은 온도에서 열을 받아서 100% 일로 변환할 수 있는 열기관은 없다.
Boltzmann의 표현: 우주의 엔트로피는 줄어들 수 없다. (같거나 증가한다)
QC
QH
열기관의 효율
Carnot
carnot engine
carnot refrigerator
0th law: There exists temperature.
1st law: Energy conservation: ΔU = Q - W
2nd law: Entropy of the universe can not decrease.
3rd law: It is not possible to achieve T = 0 K in a finite number of steps.
5. 고딩 교재에서.. TOCLEANUP later ¶
tmp from ebs 장인수
(열) = (내부에너지 변화) + (일)
열 Q의
부호,sign
Q > 0 : 열을 흡수
Q < 0 : 열을 방출
Q = 0 : 단열
기체가 하는 일
피스톤 단면적 A, 피스톤이
만큼 밀림
P-V그래프의 밑넓이가 일이라 한다. 따라서 위의 내용
을 일반화하면
인 것 같다. CHK
일의
부호,sign
압력(P)는 항상 양이라고 한다. (음압같은건 그럼 P<0으로 놓으면 안되고 ΔV < 0??)
W > 0 : W = P ΔV 에서 ΔV > 0 (부피 증가) : 기체가 외부로 일을 했다
W < 0 : W = P ΔV 에서 ΔV < 0 (부피 감소) : 기체가 일을 받았다
W = 0 : ΔV = 0 (부피 일정) : 일을 안했다
정리하면
| + | - | 0 |
Q 열을 | 흡수 | 방출 | 단열 |
ΔU | 증가 | 감소 | 일정 |
W 일을 | 했다 | 받았다 | 안했다 |
5.2. 열역학 과정: 등적변화 ¶
=정적과정?
이므로,
이다.
5.3. 열역학 과정: 등온변화 ¶
온도가 변하지 않았으므로
이다.
5.5. 열역학 과정: 단열변화 ¶
단열이란
단열팽창
Q=ΔU+W 에서 Q=0, W>0(∵ W=PΔV인데 ΔV>0) 이므로 ΔU<0
즉 온도 감소함.
냉각 방법으로 아주 많이 언급됨. 압축했다가 작은 구멍으로 팽창시키는 것으로.
단열압축
Q=ΔU+W 에서 Q=0, W<0이므로 ΔU>0
즉 온도 증가.
6. 열화학,thermochemistry ¶
열역학의 분야. 화학적/물리적 변화에 수반되는 열을 다룸.
발열의 발열성의 exothermic |
흡열의 흡열성의 endothermic |
endo- : 안으로
exo- : 밖으로
7. Links ¶
아주 간단한 열역학 요약
박석재(https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3578366&cid=58944&categoryId=58968)
Related:
Misc: 이 학문은 약간 오싹한 느낌이 드는 게, 우주 종말의 한 가능성을 예상할 수 있는 수단이기 때문. (thermodynamic heat death of the universe)
Twins:
물리학백과: 열역학(https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5741484&cid=60217&categoryId=60217)
...
열역학