제12강 열 (Heat) 12.1 열의 일 해당량 열: 에너지의 한 형태 열접촉 (thermal contact) 11장 열 열의 단위 ◦ cal (칼로리): 물 1g 온도를 1℃올리는데 필요한 열 1kcal=103cal ◦ C:식품의 에너지 상당량 ◦ 열: 에너지의 한 형태 1C=1kcal J (주울)
주울의 실험 물과 회전판 사이에 마찰이 존재: 역학적 에너지의 일부 손실. 손실된 에너지는 열에너지로 전환 역학적 에너지 4.186J은 물1g을 14.5℃ → 15.5℃로 올려준다. ∴1cal=4.186J 열의 일당량: 4.186J/cal
예제 12.1 체중 감량의 힘든 길 한 학생이 2,000칼로리 상당의 한끼 식사를 한다, 그가 50kg의 역기를 들어올리는 것으로 이 에너지를 소비하려면, 역기를 몇 번이나 들어올려야 하는가? (역기는 매번 2m 높이를 들어올리며, 마루바닥에 내려놓을 때 하 는 일은 없다고 가정)
12.2 비열 비열 c: 질량 1kg 물질의 온도를 1℃ 변화시키는데 필요한 열량 ΔT만큼 온도 변화 11.2 비열
비열을 측정하려는 물질이 잃은 열량=mx·cx(Tx-T) 12.3 에너지 보존: 열 계량법 비열을 측정하려는 물질 mx: 질량, cx: 비열, Tx: 온도 ↓ 물: mw, cw, Tw 최종평형상태 온도: T 물이 얻은 열량=mwcw(T-Tw) 비열을 측정하려는 물질이 잃은 열량=mx·cx(Tx-T)
0.05kg의 금속 덩어리를 200℃까지 가열하여 20℃의 물 0.4kg 예제 12.2 뜨거운 덩어리 식히기 0.05kg의 금속 덩어리를 200℃까지 가열하여 20℃의 물 0.4kg 이 담겨 있는 비커에 떨어뜨렸다. 이 혼합된 계의 최종 평형온도 가 22.4℃일 때, 금속의 비열을 구하라. 11.3 에너지 보존: 열 계량법
12.4 숨은 열과 상 변화 일반적인 경우: 열 흐름 → 온도 변화 상 변화 경우: 열 흐름 → 온도 변화는 없음. 일반적인 경우: 열 흐름 → 온도 변화 상 변화 경우: 열 흐름 → 온도 변화는 없음. 그러나, 내부에너지는 변함 상 변화: 고체 → 액체 (녹음), 액체 → 기체 (끓음) • 숨은 열 (latent heat) L 질량 mkg인 물질이 변화를 일으키는데 필요한 열 Q=m·L, L: 숨은 열 11.4 숨은 열과 상 변화
초기 온도가 -30℃인 1g의 얼음을 120℃의 수증기로 바꿀 때 가한 열과 온도의 관계 A부분: -30℃ 얼음 → 0℃ 얼음
B부분: 0℃의 얼음 전부를 0℃의 물 로 바꾸는데 필요한 열 C부분: 0℃ 물 → 100℃ 물 D부분: 100℃ 물 → 100℃ 수증기
E부분: 100℃ 수증기 → 120℃ 수증기 E부분: 100℃ 수증기→120℃ 수증기
예제 12.3 수증기 식히기 처음 온도 130℃인 수증기가 질량 100g인 유리 용기 안에 있는 물 200g을 20℃에서 50℃로 따뜻하게 덥히는데 필요한 수증기 질량은 얼마인가?
12.5 전도에 의한 열 전달 열전달: 전도, 대류, 복사
예제 12.4 콘크리트 벽의 열 전달 높이가 2.0m, 길이 3.65m, 두께 0.20m인 콘크리트 벽의 한쪽 면은 20℃, 다른 쪽 면은 5℃로 유치한다면, 이 벽을 통하여 1시간 동안 전달되는 열의 양은 얼마인가?
12.6 대류(convection) 12.7 복사(radiation) 대류: 가열된 물질의 이동에 의하여 (밀도 차로)열이 전달되는 경우 예: 12.7 복사(radiation) 전자기파의 형태로 복사에너지를 연속적으로 방출 예: → 한 장소에서 다른 장소로 열에너지를 이동시키는 전자기 복사
• 스테판의 법칙 예제 12.5 온도조절기를 누가 줄였을까? 한 학생이 무슨 옷을 입을까 고민하고 있다. 그의 침실 온도는 20.0℃ 이다. 만약에 학생이 옷을 입지 않았을 때의 피부 온도가 37.0℃라면, 10분 동안 그의 몸이 잃은 열은 얼마가 될까? (피부의 방출률은 0.900이고, 학생의 표면적은 1.50m2이라고 가정한 다.)