[물리학] 열역학법칙

1. 열역학 제1법칙 

- 기체의 내부에너지 증가량은 외부에서 기체가 흡수한 열량에서 기체가 외부에 한일을 뺀값과 같다 

 

1) 기체가 하는 일 

2) 기체의 내부에너지 

- 내부에너지(U): 기체 분자의 운동에너지와 퍼텐셜 에너지의 총합 

- 이상기체의 평균 운동에너지는 절대온도에 비례한다. 

 

3) 열역학 제1법칙

 

4) 열역학 과정 

- 열량: 물체가 받거나 잃은 열의 양

- 열량(Q) = 비열 X 질량 X 온도변화 = cmΔT = CΔT 

- 비열: 어떤 물질 1kg의 온도를 1K높이는데 필요한 열량 , 단위:  J/kg·K, kcal/kg·K

- 열용량(C) : 어떤 물체의 온도를 1 K 높이는 데 필요한 열량, 열용량 = 비열 × 질량, 단위 : J/℃, kcal/℃

 

2. 열역학 제2법칙 

1) 가역, 비가역 현상 

- 가역현상: 물체가 외부에 어떤 변화도 남기지 않고 처음 상태로 되돌아가는 현상 

- 비가역현상: 어떤 현상이 한쪽 방향으로 자발적으로 일어나지면 반대방향으로는 절대로 일어나지 않는 현상 

 

2) 열역학 제2법칙 

- 무질서도가 증가하는 방향으로 일어난다 

- 역학적 에너지는 전부 열에너지로 전환 가능하다

- 분자의 열에너지는 전부 역학적 에너지로 전환되지 않는다 

- 열은 고온에서 저온으로 이동한다

 

3. 열기관과 열효율 

1) 열기관

- 반복되는 순환 과정을 거쳐 열을 일로 바꾸는 장치

- 외연기관: 기관의 외부에서 연료를 연소시켜 이 열로 고온의 수증기를 만들어 수증기가 팽창할 때의 역학적 에너지를 이용하는 장치 

- 내연기관: 기관의 내부에서 연료를 연소시켜 발생한 기체가 팽창할 때의 역학적 에너지를 이용하는 장치 

 

2) 열기관의 원리 

3) 카르노 순환 

4. 열의 일당량 

- W = JQ 

- J = 4200J/kcal 

 

5. 열평형 상태 

- 열: 물체 사이의 온도 차이에 의해 이동하는 에너지

- 열에너지: 온도가 다른 물체 사이에서 이동하는 에너지

- 열량: 온도차에 의해 이동한 열에너지의 양 

- 열의 이동방향: 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 이동 

- 서로 접촉하고 있는 온도가 다른 두 물체 사이에 열이 이동하여 온도가 같아져 더 이상 열의이동이 없는 상태 

① 고온의 물체는 온도가 낮아지고, 저온의 물체는 온도가 높아진다.

② 고온의 물체는 열에너지를 잃어서 분자운동이 둔해진다.

③ 저온의 물체는 열에너지를 얻어서 분자운동이 활발해진다.

④ 고온의 물체가 잃은 열에너지(열량) = 저온의 물체가 얻은 열에너지(열량)