[[에너지,energy]] 및 에너지의 전환, 전달 등에 대해 다루는 학문. 전환, 전달될 때 [[일,work]]이나 [[열,heat]]의 형태. 열역학적 계 (thermodynamic system) || ||영어로 ||에너지 교환 ||물질 교환 || || ||고립계 ||isolated system ||× ||× || || ||닫힌계 ||closed system ||○ ||× ||=밀폐계 || ||열린계 ||open system ||○ ||○ ||=개방계 || 고립계에서는, [[엔트로피,entropy]]가 증가하는 현상만 일어나며 감소하지 않는다. ex. 우주 전체 [[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]].) 계는 자체의 [[내부에너지,internal_energy]]를 갖고 있다. 계와 주위 사이에 벽(wall)이 있는데, * diathermal (열을 통과시키는 벽) * adiabatic (단열 벽) 이 있다. 경계(boundary)와 같은 말? ---- [[TableOfContents]] = tmp = 어떤 계의 전체 에너지 변화 ΔE는 [[열,heat]]과 [[일,work]]의 합 = Topics = '''[[열,heat]]''' : 뜨거운 물체에서 차가운 물체로 이동하는 에너지 - 이동하는 만큼의 에너지 자체? 에너지의 흐름을 수치화한 것? 에너지 흐름 '현상'? 에너지 자체일 듯 한데... CHK [[온도,temperature]] T [[비열,specific_heat]] c [[열용량,heat_capacity]] C [[엔탈피,enthalpy]] H [[엔트로피,entropy]] S [[내부에너지,internal_energy]] U [[자유에너지,free_energy]] G ||비열 ||c ||=비열용량 || ||열용량||C || || ||열량 ||Q ||=열 || 비가역반응 irreversible process [[기체,gas]], [[이상기체,ideal_gas]] [[thermodynamic_cycle]] - [[순환,cycle]] [[열기관,heat_engine]] [[카르노_기관,Carnot_engine]] = 열역학의 법칙 = ||0 ||열평형에 대한 서술 || ||1 ||에너지 보존 법칙 || ||2 ||엔트로피 증가 법칙 || ||3 ||절대 0도에 도달할 수 없다는 것 || == 제 0법칙 == 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. == 제 1법칙 == ## from SNUON 물리의 기본 https://www.youtube.com/watch?v=c1efzVdE7DI&index=77&list=PL7EXGbyk8P68K3mYh3_P9cyTxI5Sg6P94 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,work]]을 주고받는걸 상상해 본다. 일(W): 시스템이 하는 일 W > 0 시스템이 받는 일 W < 0 {{{#!code --Q--> [ System ] --W-->}}} 그러면 시스템의 에너지의 변화는 +Q-W = 내부에너지의 변화 ΔU = U,,f,, - U,,i,, > ''ΔU = U,,f,, － U,,i,, = Q － W'' ---- 복습 ## from https://www.youtube.com/watch?v=x1XlF6MNDzg&index=80&list=PL7EXGbyk8P68K3mYh3_P9cyTxI5Sg6P94 Pictorially, {{{#!code Heat Work + +--------+ + ----------->| System |-----------> - | | - <-----------| |<----------- +--------+ }}} Sign convention * Heat * Positive(+) when the system '''gains''' * Negative(-) when the system '''loses''' * Work * Positive(+) when done '''by''' the system * Negative(-) when done '''on''' the system Thermal Processes || Type || Work || 1st Law || ||Isobaric(P const.) ||$W=P(V_f-V_i)$ ||$\Delta U=Q-P(V_f-V_i)$ || ||Isochoric(V const.) ||$W=0$ ||$\Delta U=Q-0$ || ||Isothermal(T const.) ||$W=NkT\ln\left(\frac{V_f}{V_i}\right)$ ||$0=Q-NkT\ln\left(\frac{V_f}{V_i}\right)$ || ||Adiabatic(Q=0) ||$W=-\frac32Nk(T_f-T_i)$ ||$\Delta U=0-W$ || ---- 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) AKA [[WpKo:에너지_보존_법칙]] See also [[에너지,energy]] == 제 2법칙 == 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) $dS\ge 0$ [[열기관,heat_engine]] { 외연기관 vs 내연기관 } Q,,C,, Q,,H,, 열기관의 효율 $e=\frac{|W|}{|Q_H|}=\frac{|Q_H|-|Q_C|}{|Q_H|}=1-\frac{|Q_C|}{|Q_H|}$ Carnot * 가역반응(reversible process) carnot engine carnot refrigerator == 제 3법칙 == = 복습 = ## from https://www.youtube.com/watch?v=tAUpS0kIiXI&list=PL7EXGbyk8P68K3mYh3_P9cyTxI5Sg6P94&index=85 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. == merge to 1법칙 == [[상태함수,state_function]]에는 T, P 일정 - [[등압과정,isobaric_process]] Q를 시스템에 더할 때 W가 발생 V=일정 - [[등적과정,isochoric_process]] T 일정 - [[등온과정,isothermal_process]] [[단열과정,adiabatic_process]] = 고딩 교재에서.. TOCLEANUP later = == 1법칙 == 기체에 열(Q)을 가해 외부에 일(W)을 하면, [[내부에너지,internal_energy]](U)는 (가해 준 열량) - (외부에 한 일의 양)과 같다. $\Delta U=Q-W=Q-P\Delta V$ ---- tmp from ebs 장인수 $Q=\Delta U+W$ (열) = (내부에너지 변화) + (일) 열 Q의 [[부호,sign]] Q > 0 : 열을 흡수 Q < 0 : 열을 방출 Q = 0 : 단열 [[내부에너지,internal_energy]] U의 부호 + : 증가 = 온도 증가 - : 감소 = 온도 감소 0 : 일정 = 온도 일정 (이건 좀 당연?) 기체가 하는 일 피스톤 단면적 A, 피스톤이 $\Delta s$ 만큼 밀림 $W=F\Delta s=(PA)\Delta s=P\Delta V$ P-V그래프의 밑넓이가 일이라 한다. 따라서 위의 내용 $W=P\Delta V$ 을 일반화하면 $W=\int\nolimits_{V_1}^{V_2}PdV$ 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 || == 열역학 과정: 등적변화 == =정적과정? $\Delta V=0$ 이므로, $W=P\Delta V=0$ 이다. == 열역학 과정: 등온변화 == 온도가 변하지 않았으므로 $\Delta U=0$ 이다. == 열역학 과정: 등압변화 == == 열역학 과정: 단열변화 == 단열이란 $Q=0$ 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. = 열화학,thermochemistry = 열역학의 분야. 화학적/물리적 변화에 수반되는 열을 다룸. ||발열의 발열성의 exothermic || ||흡열의 흡열성의 endothermic || endo- : 안으로 exo- : 밖으로 = Links = 필기 https://blog.naver.com/hafs_snu/220732342432 1법칙, 각 과정(process) https://blog.naver.com/hafs_snu/220732342641 2법칙, 카르노, 엔트로피 일반화학의 열역학 내용 요약정리 https://nate9389.tistory.com/1344?category=1024960 https://nate9389.tistory.com/1345?category=1024960 아주 간단한 열역학 요약 [[https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3578366&cid=58944&categoryId=58968 박석재]] ---- ---- TBW : [[엔트로피,entropy]] [[엔탈피,enthalpy]] 깁스[[자유에너지,free_energy]] 와 관계 [[내부에너지,internal_energy]] Related: [[통계역학,statistical_mechanics]] Misc: 이 학문은 약간 오싹한 느낌이 드는 게, 우주 종말의 한 가능성을 예상할 수 있는 수단이기 때문. (thermodynamic heat death of the universe) ---- Twins: [[https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5741484&cid=60217&categoryId=60217 물리학백과: 열역학]] ... Ndict:열역학 Up: [[물리학,physics]] [[화학,chemistry]] [[역학,mechanics]]? chk