[컴터로작성함]

스압/교과외) 열역학 제 1법칙 - (2)

말 그대로 열역학 제 1법칙에 대해 다루겠읍니다..

사진이 많아서 2개로 나눠 작성합니다.

(1)은 개념위주에 반복이 많고, (2)는 수식전개가 주를 이룹니다.

그리고 (1)에선 당연한소리 계속할거임

서론으로, 열역학은 기출을 본격적으로 풀 때

많이 질문하는 파트이기도 함

그래서 그때 열역학 1법칙에 대해 설명했던내용들을

재구성해서 칼럼에 담았고

기본적인 열역학개념은 알고있다고 가정함

이건 테크닉을 알려주는 칼럼이 아니라

풀이 중에 애매한 상황들을 그냥 넘기지않게

개념을 확장시키는 칼럼임

머 요샌 평가원이 그렇게 중요하게 다루는거같진 않음...

아마 내신에서 더 중요할 칼럼인거같아

슬프다

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피드백, 지적주시면 판단 후에 수정하겠습니다

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목차

1) T에 관하여

2) Q = u + W 다이어그램

3) Q, u, W 해체

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1. T에 관하여

T는 온도임

근데 온도를 뜨거운거요~ 이런식을 해버리면

헷갈리는 상황이 생길때 난감하겠죠? 기준이없으니까

그래서 온도를 분자의 운동과 엮어서 표현하겠습니다.

간단하게 복습 한번 해뵤면

1) 내부에너지는 분자 전체의 운동에너지다

2) 내부에너지의 값은 3/2nRT이다.

3) n, R 값은 상수이므로 내부에너지의 델타값도 T를 델타값으로 정해집니다.

이정도는 열역학 파트에서 지겹도록 말해줄거고

(아래쪽에 이것저것 적어놨는데 무시하셈.. 설명하려다가 길어서 생략함)

이걸 통해서 T 값은 분자들의 운동에너지에 비례하여

결정할 수 있다는 걸 알게됩니다.

T를 뜨겁다는 개념보다는 이렇게 이해하시는게 좋습니다.

2. Q = u + W 다이어그램

열역학 법칙은 총 4개임

그중에서 우리가 다루는건 1법칙임

일종의 에너지 보존법칙인데 자세한건 생략하고

여기서 중요한건 Q = u + W 앞에 싹다 델타가 붙어있음

즉, 보유량이 아니고 변화량이라는거임

안타깝게도 디시 글쓰기에서는 델타를 못쓰니까

그냥 Q, u, W 라고 쓸건데 앞에 델타가 붙어있다고 생각해줘

이번에는 Q = u + W 확 와닿게

더 직관적으로 표현해볼게

Q = u + W은 위 그림처럼 나타낼 수 있음

즉, Q = 출입한 열량 ( 안으로 들어온 열량이 +값)

W = 주거나 받은 일 ( 밖에 일해준게 +값 )

로 나타낼 수 있고

일하고 남은 에너지는 내부에너지의 변화에 쓰여

이 과정을 각종 예시로 나타내면

예시 1)

1) 바깥의 파이프로부터 열량 Q를 받음

2) 프로펠러를 돌리는데 일 W만큼 외부에 사용

3) 남은 내부에너지 u는 박스 내의 내부에너지 변화에 쓰임

예시 2)

1) 바깥의 연료의 연소로부터 열량 Q를 받음

2) 피스톤을 움직이는데 일 W만큼 외부에 사용

3) 남은 내부에너지 u는 박스 내의 내부에너지 변화에 쓰임

또한 앞에서 말했듯이, 그림에서 위 방향에

맞춰서 움직인 요소들은 + 값을 가져

예를들면 예시 1에서 파이프로 들어온 열량은 +

프로펠러를 통해 외부로 사용된 일도 +

그 반대로 움직이면 음수가 되는거지

예를들면 냉각을통해 열량이 빠져나가면 -

외부에서 피스톤을 압축시켜서 일을 받으면 -

간단하게 한번 이 과정을 분석해보자

외부와 단열된 피스톤이 압축을 받았으면

W값은 음수를 가지겠지?

이때 단열된 상태니까 열량의 출입은 0이니 Q = 0

따라서 위와같이 내부에너지의 변화량이 양수이니

결국 '피스톤 압축 -> 내부에너지의 증가'

라는 결과를 낳는 메커니즘이 성립하는거지

이걸 그림으로 나타내면,

대충 이런식으로 직관적인 이해가 가능할 것 같아

참고로 단열계에 외부에서 열량을 넣어주면

그 단열계는 항상 '내부에너지의 변화량 >= 0' 식이 성립해

단열계 사이에 피스톤을 놓아서 2개로 공간을 나눠도 성립하고

피스톤을 2개 놓아서 공간을 3개로 나눠도성립하는데

많이 복잡해지니까 증명은 생략할게

2. Q, u, W 해체

이번에는 Q, u, W를 각각 더 자세하게 얘기해볼게

Q, u는 간단하게 설명할거고 사실 W가 가장 중요해

그리고 듣다보면 정~말 당연한얘긴데 굳이 왜 하냐면

열역학 계를 복잡하게 그려놓은 문제에서는

오답률이 꽤 높에 나오더라고 그래서 하는거임

Q는 앞서 말한것처럼 출입한 열량이야

외부에서 들어온 열량은 +

밖으로 빠져나간 열량은 -로 표시해

간단하게 그림으로 그렸는데

오른쪽에 옷입은사람은 사람이 옷을 입으면

따뜻해지는걸 표현한거임

옷을 통해서 열이 일부만 바깥으로 전달됨

나머지는 다시 돌아오면서 피부를 따뜻하게함

암튼 열량은 이정도만 이해하면 될것같고

내부에너지의 경우는 앞에서 말한것처럼

계 내의 분자 전체의 운동에너지임

참고로 학부올라가면 u랑 U랑 쓰임새가 다른데

아직은 그냥 혼용해도 상관없음

그리고 마지막으로 W값, W = PV라고 이해하는애들이 많던데

저게 굉장히 위험한거고 W는 PV가 아니라 일의 양임

앞에서도 일의 양이라고 말했음 ㅇㅇ

밑에서 이걸 그림으로 다시 한번 더 구체화시키면

1) 터빈을 돌리는데 W를 외부로 사용함

2) 부피를 팽창시키는데 W를 외부로 사용함

3) 피스톤이 부피를 압축시키며 W를 외부에서 받음

이렇게 이해하면되는거임

딱 봐도 일은 PV가 전혀아니죠?

그러면 W의 값은 위 같은 상황에서 상황에서 얼마임?

이라고 많이들 물어보고 그건 교육과정 내에 없음

등압과정에서 W = PV라고 단편적으로 소개했을뿐임

위 그림에서도 등온과정에서 외부에 한 일을 알고싶어도

알 길이없음

그래서 다음 장에서는 일의 정량적 계산을 소개함