[열역학의 법칙] 제 1법칙, 제2법칙, 에너지 보존의 법칙, 가역 변화, 비가역 변화

1. 기체의 팽창과 일

 

 

 

그림과 같이 단면적이 A인 피스톤에 압력 P  만큼 작용하고 있다면,

 

피스톤에 작용하는 힘(F) 는 압력 X 면적이 되어서 F=PA 가 된다.

 

(압력의 정의가 힘을 가해지는 면적으로 나눈것이니 때문)

 

이때 피스톤이 Δs의 거리만큼 이동했다면, 기체가 피스톤에 대해 한 일(W)는 W=F Δs= PA Δs 로 나타낼 수 있다.

 

여기서 면적과 이동한 거리를 곱한 A X Δs 부피로 볼 수 있으므로  ΔV로 표현이 가능하다.

 

그러면 위의 W 식은 W=F Δs= PA Δs = P ΔV 로 간략하게 표현이 가능하다.

 

이 수식을 통해서 압력과 부피의 변화가 일과 어떤 관계가 있는지를 알 수 있다.

 

기체 내부의 기체 몰수는 일정한 채로 부피가 증가하면 압력은 떨어지게 된다.

 

(몰(mol) : 화학에서 특정 단위의 수, 분자 1몰은 6.02 x10^23 개)

 

 

2. 열역학 제1 법칙 (열에너지를 포함한 에너지 보존의 법칙)

 

열역학 제 1법칙은 열 에너지를 포함한 에너지 보존의 법칙을 말한다.

 

역학적 에너지 보존의 법칙에서 대부분의 마찰열 등으로 인한 열 손실을 무시한다는 가정이 있다.

 

이러한 가정을 세웠던 이유는 열 또한 에너지의 일종이라서 인것으로 보시면 됩니다.

 

외부에서 물체에 가해준 열량(Q), 물체가 외부에 해준 일의 양(W), 내부 에너지의 증가량 (ΔU)로 보면,

 

Q=ΔU + W의 관계가 성립됩니다.

 

이는 열을 포함한 상태에서의 에너지 보존의 법칙을 뜻한다고 보면 됩니다.

 

위의 식을 내부 에너지 증가량을 기준으로 정리를 다시하면 

 

ΔU = W - P ΔV 로 정리가 가능합니다.

 

 

 

3. 열역학 제 2 법칙

 

에너지가 높은 상태에서 낮은 상태로 변하지만, 낮은 에너지들이 자연히 높아지는 일은 없다라는 것이

 

열역학 제 2 법칙 입니다.

 

여기서 우리가알아야될 용어는 가역 변화와 비가역 변화라는 것입니다.

 

가역 변화는 원래 상태로 돌아갈 수 있는 변화를 말하는 것이고,

 

비가역 변화는 원래 상태로 돌아가지 못하는 변화를 말합니다.

 

가역변화는 스프링 같이 늘어났다가 다시 원래 길이로 돌아가는 것이라고 보면 이해하기 쉽습니다.

 

그리고 비가역 변화 같은 경우는 커피가 처음엔 따듯하지만 시간이 지나면 식게 되고 이것은 다시 따뜻해 지지 않는 것

 

현상이라고 보면 되겠습니다.