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Chapter 5. 열역학 제1법칙
기본적인 개념과 정의에 대한 고찰에 이어서 열역학 제1법칙을 논하고자 하며, 자세한 설명에 앞서 간단히 정의하면 열역학 제1법칙은 에너지 보존법칙이라 할 수 있다.
5.1 검사질량의 사이클 변화에 대한 열역학 제1법칙
1. 그림 5.1에 있는 용기 속의 기체를 검사질량(Control mass)으로 삼고, 이 시스템이 두 개의 과정으로 완성되 는 하나의 사이클을 생각하자. 첫 과정은 추가 밑으로 내려감으로 회전하는 날개에 의하여 검사질량 즉, 시스 템에 일이 가해지며 이로 인하여 시스템내의 기체의 온 도는 상승한다.
2. 두 번째 과정은 시스템을 처음 상태로 회복하기 위하여 즉 사이클을 완성하기 위하여 시스템으로부터 열을 방출 한다.
3. 한 사이클 동안 시스템에 가해진 순 열전달량은 그 사이 클 동안 시스템이 한 순일과 항상 비례한다. 즉 으로 표시되며 이는 열역학 1법칙의 기본형이다. 또한 J는 비례상수이다.
5.2 검사질량의 상태변화에 대한 열역학 제1법칙
1. 검사질량이 상태변화를 하는 과정에 대한 열역학 제1법 칙을 살펴보고 상태량 에너지 E를 정의한다.
2. 그림 5.2에서 압력-체적선도에서 상태1에서 상태 2로 과 정 A를 따라 변한 후 과정 B를 통하여 상태 2에서 상태 1로 귀환하는 cycle을 생각하자.
열역학 제1법칙 식 에서
구성하는 과정을 2개로 분리하면
(1)
3. 다시 상태 1에서 상태 2까지는 앞의 과정 A와 같고 다 시 경로 C를 따라서 상태 1로 되돌…(생략)
(2)
4. 그러므로 (δQ-δW)는 최초와 최종상태에 관련되며 두 상 태량은 검사질량의 에너지 E로 나타내면 δQ - δW = dE 이고 다시 정리하면 δQ = dE ＋ δW 가 된다. 이를 적분 하면
5. 에너지 E는 운동에너지, 위치에너지, 화학적 에너지, 분 자의 운동과 위치에 관련된 에너지 등을 포함한다. 그러 나 열역학에서는 운동에너지, 위치에너지, 그 외의 모든 에너지를 내부에너지 U로 표시한다.
6. 위의 식으로부터 에너지 E는 최초와 최종상태에 관련되 는 점함수 이므로 dE = dU ＋ d(KE) ＋ f(PE)로 표시되 므로 열역학 제1법칙에 관련된 식은
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