열역학 법칙 온도(temperature) : 물체를 구성하는 입자들의 분자운동(열운동)이 얼마나 활발하게

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1 열역학 법칙 온도(temperature) : 물체를 구성하는 입자들의 분자운동(열운동)이 얼마나 활발하게
일어나는지를 수치로 나타낸 척도 섭씨온도 - ℃ by Andres Celsius(Sweden) 화씨온도 - F by Fahrenheit(Germany) 절대온도 - K by Kelvin(England) 섭씨와 화씨의 비율, 섭씨온도와 절대온도 섭씨온도 0 ℃ 가 화씨 32 F

2 열역학 법칙 열(heat) : 고온의 물체에서 저온의 물체로 스스로 이동하는 에너지 [ kcal, j(Joule) ]
1 kcal = 4.2 x 10^3 j 비열(specific heat) - c : 물질 1kg 의 온도를 1 K 높이는데 필요한 열량 [ j/kg K, kcal/kg K ] 1 kcal/kg K = 4200j/kg K 열용량(heat capacity) – C : 물질의 온도를 1 K 높이는데 필요한 열량[ j/K, kcal/K ] C = c m 열량(heat) – Q : 흡수하거나 방출한 열의 양 [ j, kcal ] Q = CΔT = cmΔT 열평형상태 열량 보존의 법칙 “ 고온의 물체가 잃은 열량 = 저온의 물체가 얻은 열량”

3 열역학 법칙

4 열역학 법칙 이상기체(ideal gas) condition 1. 분자의 크기는 매우 작아 무시됨 2. 분자 간의 인력은 무시됨
3. 분자 간의 충돌(collision) – perfect elastic ! 4. if freezing & pressing – no liquified & solidification ! 5. at T = 0 K(절대영도) – volume of gas → 0(zero) 아보가도로(Avogadro 1811) 법칙 “ 모든 기체는 종류에 관계없이 같은 온도 같은 압력에서 같은 부피 속에 같은 수의 분자를 갖는다” 아보가도로수 N = C-12 의 12 g 속에 포함된 원자 수 = 6.02 x 10^23 1 mole(몰) : 분자(원자)수가 아보가도로수 만큼 들어 있는 물질의 양 Volume of 1 mol gas in standard state(표준상태) = 22.4 x 10^-3 m^3/mol

5 열역학 법칙 이상기체상태 방정식 where 기체상수(R)

6 열역학 법칙 기체가 외부에 하는 일(when 팽창) if W ＞ 0 then 기체가 외부에 일을 함
내부에너지(U) : 기체분자의 운동(kinetic)E 와 위치(potential)E[이상기체의 경우 : zero] 의 총 합 단원자 분자 이원자 분자 삼원자 분자

7 열역학 법칙 열역학 제 0 법칙 “ if A & B : 열평형상태 A & C : 열평형상태
→ then, A & C : 열평형상태 열역학 제 1 법칙(열에너지 보존법칙) 외부에서 계로 계의 내부 E 계가 외부에 유입된 열량 증가(온도 증가) 한 일

8 열역학 법칙 열역학 과정 W = 0 온도변화 ΔT = 0 흡수된 열 E(Q) → 내부 E(U) 증가 ΔU = 0 Q = W
온도(T) 증가 W＞0 : 열에너지 흡수, W＜0 : 열에너지 방출 팽창 → Q = U + ΔW ＞ 0 : 열에너지흡수 팽창 → 외부에 일을 함, U → 감소, T → 감소 (T : 증가 , U : 증가) ex) 수증기의 상승으로 응결, 구름 형성 수축 → Q = U + ΔW ＜ 0 : 열에너지방출 수축 → 외부로부터 일을 받음 (T : 감소 , U : 감소) U → 증가, T→ 증가 ex) 튜브에 바람을 넣으면 뜨거워짐 포화수증기량 -공기가 최대로 포함할 수 있는 수증기량 이슬점 (dew point) – 수증기로 불포화된 상태의 공기를 밀폐하고 온도를 낮추어 포화되는 시점의 온도 우주선(cosmic ray) - 우주에서 지구로 쏟아지는 큰 에너지를 갖는 입자 및 방사선의 총칭 단열팽창(adiabatic expansion) - 외부와의 열의 출입이 없이 기체의 부피가 팽창하는 것

9 열역학 법칙 열기관의 원리와 열효율 열기관(heat engine) – 열에너지를 유용한 일로 바꾸는 장치
ex) 증기 기관, 디젤 기관, 가솔린 기관, 제트 기관 등 열기관이 외부에 한 일 열효율(e) – 열기관이 흡수한 열에너지와 외부에 한 일의 비 가솔린 기관의 효율 : 23 ~ 28% 디젤 기관의 효율 : 30 ~ 34% ※ 인체의 물질대사 에너지 효율 ~ 38ATP x 7.3kcal / 686 kcal = 40.4% 열역학 제 2법칙 “ 열이 저온에서 고온으로 이동하지 않는다.”- by Clausius “ 효율 100 % 인 열기관은 만들 수 없다. “ “ 물체로부터 열을 빼앗아 모두 일로 바꾸는 순환과정(장치)은 존재하지 않는다.” “ 고립된 계의 비가역 변화는 엔트로피(entropy)가 증가하는 방향으로 진행한다.” (무질서도 – 물질을 구성하는 입자들의 무질서한 정도) “ 카르노기관 보다 열효율이 좋은 열기관은 만들 수 없다.”

10 열역학 법칙 카르노(Carnot) 기관 : 최대 효율을 갖는 이상적인 열기관 카르노 기관 보다 열효율이 높은 열기관은 없다.
카르노기관의 열효율 e of Carnot heat engine → not zero not = 0 ※ 영구기관 1 종 영구기관 : 에너지 공급 없이 계속 일을 할 수 있는 열기관 (열역학 제 1 법칙에 위배) 2 종 영구기관 : 열효율이 100% 인 열기관 (열역학 제 2 법칙에 위배)