열역학 Thermodynamics
4. 밀폐계 시스템 Closed system
4.3 밀폐계 열역학 제1법칙
the first law of thermodynamics for closed system
0. 상태량으로서의 전체 에너지
Joule의 실험과 같은 실험적 관찰에 근거하며,
i) 에너지는 창조될 수도 파괴될 수도 없으며
ii) 열과 일은 서로 변환될 수 있으며(1 cal = 4.184 J)
iii) 열과 일이 변환되는 경우 에너지의 총량은 일정하다.
식으로 표현하면 아래와 같이 된다.
상태1과 상태2 사이의 각기 다른 경로 A, B, C 가 있다면
따라서 δQ-δW는 경로에 무관하고
상태1과 상태2 만으로 결정되는 상태량의 미분값이 되고
이것을 총에너지의 미분량 dE 라고 한다.
1. 전체 에너지 식 total energy equation
- 전체 에너지 E total energy E
- 운동에너지 KE kinetic energy KE
- 위치에너지 PE potential energy PE
중력이 아래 방향으로 향하므로 F=-mg
힘의 방향과 반대로 이동하므로 dx=-dz
2. 밀폐계 에너지 평형식 energy balance for closed system
3. 밀폐계 열역학 제1법칙 the first law of thermodynamics for a closed system
ΔKE, ΔPE 무시 하면
4. 밀폐계 경계일 boundary work of a closed system
2018/10/25 - [열역학 Thermodynamics/4. 밀폐계 Closed System] - 밀폐계 경계일 boundary work
- 일의 부호
W > 0 : work done by the system
W < 0 : work done on the system
5. 열전달 에너지 energy transfer by heat
열전달 방식
- 전도 conduction
Fourier 전도 법칙
A : 전도 열전달 단면적, k : 열전도 계수, x : 이동거리
- 대류 convection
Newton의 냉각 법칙
h : 열전달 계수, Ts : 표면 온도, Tf : 주변 온도
- 복사 radiation
Stefan–Boltzmann 법칙
ε : 방사율(복사율), σ : Stefan–Boltzmann 상수
Tsurr : (복사 열전달 받는) 주변의 표면 온도
- 열전달 부호
Q > 0 : heat transfer to the system
Q < 0 : heat transfer from the system
보론
밀폐계 준평형과정 정압과정일 경우 (ΔKE, ΔPE 무시)
밀폐계 열역학 제1법칙에서
\[dE = dU + dKE + dPE \approx dU = \delta Q - \delta W\]
\[\delta Q = dU + \delta W\]
밀폐계 준평형과정일만 있는 경우
\[\delta W = PdV\]
정리하면
\[\delta Q = dU + PdV\]
엔탈피 정의에서
\[H = U + PV\]
미분하면
\[dH = dU + VdP + PdV\]
정압과정이므로
\[dP = 0\]
\[dH = dU + VdP + PdV = dU + PdV\]
위 밀폐계 준평형과정의 열역학 제1법칙 식을 가져오면
\[dH = dU + PdV = \delta Q\]
따라서 밀폐계 준평형과정 정압과정일 경우
\[dH = \delta Q\]
적분하면
\[Q = \Delta H \]
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