열역학 제1법칙, 제2법칙, 사이클 부시기 (A＋ 1등 정리 자료, 문제 풀이 꿀팁 방출)

1. 열역학 제1법칙 개요

열역학 제1법칙은 에너지 보존의 법칙으로서, 시스템 내부 에너지의 변화는 시스템에 가한 열과 일의 합과 같다고 규정한다. 즉, 열역학 계의 내부 에너지(U)는 열(Q)이 시스템으로 전달되거나 방출되고, 일(W)이 수행되거나 받은 결과로 변화한다. 이 법칙은 에너지의 형태와 관계없이 총 에너지량은 일정하다는 근본 원리를 바탕으로 한다. 예를 들어, 2020년 기준으로 세계 에너지 소비량은 약 156,000 테라와트시(TWh)로 보고되었으며, 이 중 화석연료를 이용한 에너지 변환 과정에서 대부분은 열과 일을 통해 전달되거나 변화한다. 화력발전소에서 석탄을 연소할 때, 석탄이 갖고 있던 화학에너지 1kg당 약 24 메가줄(MJ)의 에너지가 열로 변환되고, 이 열이 터빈을 돌려서 전기로 전환되는 과정이 그 예이다. 이때, 열역학 제1법칙은 이 과정에서 내부 에너지의 변화가 열과 일의 합으로 나타난다는 것을 보장한다. 이는 폐열이 방출될 때에도 동일하게 적용되어, 에너지의 균형이 깨지지 않도록 한다. 또 다른 예로 냉장고가 있다. 냉장고는 내부 온도를 낮추기 위해 외부로부터 열을 흡수하고, 이 과정을 위해 압축기와 냉각 시스템이 일을…