열역학 주요 개념과 큰 틀

열역학에서 다루는 주요 개념과 큰 틀에 대한 설명입니다. 이전에 언급했던 포스팅과 연관있는 부분도 있습니다. 열역학은 물리학의 세부 학문으로 분류됩니다. 고등학교에서 배우는 물리, 화학, 생물, 지구과학 중 물리 계열이라는 의미입니다. 물론 깊게 들어가면 인접 학문과 연관되기도 합니다. 본질적으로 열역학은 관측과 통계를 통해 입자의 집단 운동을 분석하여 거시적 규모로 물리적 시스템의 온도, 압력과 부피 변화를 연구하는 학문입니다. 열은 에너지를 의미합니다. 역학은 움직임과 관련이 있습니다. 열역학은 에너지의 움직임과 에너지가 움직임을 만드는 방법을 연구합니다. 19세기 이전에는 물체가 뜨겁거나 차갑게 느껴지는 정도는 그 안에 포함된 열의 양에 따라 결정된다는 일반적인 가정이 있었습니다. 이때 열은 뜨거운 물체에서 차가운 물체로 흐르는 액체로 상상되었습니다. 이 액체는 칼로리라고 불렸습니다. 이것은 후에 열의 양과 온도 사이에 연관성이 있다는 사실이 발견됩니다. 후에 열이 에너지의 한 형태라는 아이디어가 담긴 논문이 발표됩니다. 줄이 수행한 일련의 실험 후 헬름홀츠는 다양한 형태의 에너지가 어떻게 서로 변환될 수 있는지를 보여줄 수 있었습니다. 열역학 법칙 관련해서 이전 포스팅에도 세세하게 언급하였습니다. 여기에서는 간단히 언급하고 넘어가겠습니다. 열역학 제로 법칙은 인접한 두 물체가 열평형을 이루면 열 이동이 없다입니다. 열역학 제1 법칙은 에너지 보존 법칙입니다. 열이 다른 형태의 에너지로 변환되거나 다른 형태의 에너지가 열로 변환될 때 시스템의 총 에너지 량은 일정합니다. 특히 기계 작동 방식과 관련하여 열역학 제2 법칙은 순환 기계가 자체적으로 열 에너지를 다른 형태의 에너지로 변환할 수 없다고 설명합니다. 열역학 제2 법칙은 격리된 열역학 시스템의 총 엔트로피는 시간이 지남에 따라 증가한다입니다. 열역학 제2 법칙은 일부 프로세스가 돌이킬 수 없는 결과를 생성한다는 개념을 제안합니다. 한마디로 하면 비가역적이라고 쓸 수 있습니다. 예를 들어, 열을 기계적 에너지로 변환하는 과정은 되돌릴 수 없습니다. 열 에너지가 기계 에너지로 변환된 후에는 기계 에너지를 열로 변환할 수 없습니다. 열역학 제3 법칙은 절대 온도 0도에 대한 것입니다. 이전 포스팅에서 열역학과 온도에 대한 내용을 다루었습니다. 일상 생활에서 온도를 측정하고 그 단위는 섭씨, 화씨가 있으며 켈빈이라는 단위도 있다는 내용입니다. 켈빈 0도가 절대 온도 0도입니다. 시스템이 온도의 절대 영도에 접근하면 모든 프로세스가 중단되고 시스템의 엔트로피가 최소값에 접근합니다. 열역학 제3 법칙은 절대 영도 측정에 도달하면 시스템이 모든 가치와 기능을 상실한다는 것을 의미합니다. 정의에 따라 절대 0도는 더 차가울 수 없고 물질에서 더 이상 열 에너지를 추출할 수 없는 최저 온도입니다. 열역학에서 시스템은 중요한 개념입니다. 시스템을 한국어로 하면 계라고 표현됩니다. 열역학에서 시스템이 중요한 이유가 있습니다. 바로 다루는 영역을 정의하기 때문입니다. 어느 범위까지 시스템으로 규정하고 그 안에 변화를 예측하고 계산합니다. 시스템의 에너지가 올라가기 위해서는 시스템이라고 정해 둔 외부에서 에너지를 받아야 합니다. 시스템은 가상 또는 실제 경계에 의해 나머지 부분과 분리됩니다. 이 경계는 특정 영역을 독립적으로 나누고 특정 부피를 지정합니다. 구분된 경계를 넘어 시스템과 주변 환경 간에 작업, 열과 물질의 교환이 발생합니다. 열역학에는 다섯 가지 주요 시스템 구분이 있습니다. 격리된 시스템. 물질과 에너지가 경계를 넘지 않는 시스템. 단열 시스템. 열이 경계를 넘지 않는 시스템. 투열 시스템. 열이 경계를 넘을 수 있는 시스템. 폐쇄 시스템. 물질이 경계를 넘지 않는 시스템. 개방형 시스템. 열, 일 및 물질이 경계를 넘을 수 있는 시스템. 격리된 시스템에서는 시스템의 전체적인 내부 차이가 없어집니다. 압력, 온도 및 밀도 차이가 균형을 이루는 방향으로 변화가 발생합니다. 시스템이 거의 모두 동일한 영역을 보유하면 열역학적 평형 상태에 있는 것으로 간주됩니다. 열역학적 평형에서 정의에 따르면 시스템의 속성은 시간이 지나도 변하지 않습니다. 기본적으로 평형 상태의 시스템은 평형 상태가 아닌 시스템보다 훨씬 간단하고 이해하기 쉽습니다. 대부분의 경우 열역학적 과정을 분석할 때 각 중간 상태가 평형 상태라고 가정할 수 있습니다. 이것은 시스템 측정을 단순화하는 데 도움이 됩니다. 각 중간 단계가 평형 상태에 있다고 말할 수 있는 매우 느린 속도로 진행되는 열역학 과정은 가역적 과정으로 볼 수 있습니다. 열역학의 중심 개념은 에너지입니다. 따라서 일을 할 수 있는 능력을 의미합니다. 첫 번째 법칙에서 설명하였듯이 전체 시스템의 에너지 수준과 주변 환경이 보존됩니다. 에너지는 가열, 압축 또는 더 많은 물질의 추가로 시스템 전체로 전달될 수 있습니다. 냉각, 팽창 또는 물질 추출에 의해 변경될 수 있습니다. 시스템의 상태는 여러 변수로 설명할 수 있습니다. 시스템의 속성은 변수 사이에 존재하는 관계의 특성을 지정하는 상태 방정식으로 설명할 수 있습니다. 열역학 프로세스의 정의는 열역학 시스템의 에너지 투입으로 인한 변환이라고 할 수 있습니다. 도입 상태에서 최종 상태로 이동합니다. 대부분의 경우 각 열역학 프로세스는 다른 프로세스와 구별됩니다. 에너지 양, 공정 매개 변수, 온도, 압력 및 재료 부피 중요한 요소입니다. 가장 일반적인 여섯 가지 열역학 프로세스입니다. 등압 과정. 일정한 압력에서 발생합니다. 등적 프로세스. 일정한 부피로 발생합니다. 등온 프로세스. 일정한 온도에서 발생합니다. 등 엔트로피 프로세스. 일정한 엔트로피에서 발생합니다. 등 엔탈피 프로세스. 일정한 엔탈피에서 발생합니다. 단열 프로세스. 지속적인 열 손실 또는 증가로 발생합니다.