열역학법칙

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열역학법칙에 대한 보고서 자료입니다.

목차

◆ 열역학법칙
◆ 일과 열의 상호변환
◆ 일과 열은?
◆ 내부에너지와 열
◆ 엔탈피
◆ 내부에너지 와 엔탈피 사이의 관계

본문내용

운동이 허용된 경우에는 이 값이 그 분자의
자유도 에 따라 형태로 주어진다. 이상기체의 경우 내부에너지는 온도에 정확하게 비례하지만 복잡한 계의
경우에도 내부에너지가 증가하면 온도도 증가한다. 이 내부에너지는 계의 질량, 온도, 압력 또는 체적에 의존
하여 이들의 함수형태로 표시된다.
▷ 줄(James Joule : 1818~1889)
영국의 물리학자로서 열역학 제 1법칙을 발견하였다
일상생활에서 열이라는 용어는 뜨거움이라는 정도의 의미로 널리 쓰인다. 물질의 내부 구성입자들의 운동을 이해하기 훨씬 전부터 열이라는 용어는 널리 쓰여 물질에 열을 가하게 되면 온도가 올라간다든지, 마찰에
의해 역학적인 에너지를 이 열로 바꿀 수 있다든지, 연료를 연소시켜 열을 발생시킬 수 있다고 한다.
열이라는 것은 열적인 계의 내부에너지가 줄어들면서 다른 곳으로 흘러간 에너지의 양을 말한다.
즉, 열은 내부에너지를 증가시키거나 감소시키게 되는 에너지의 이동이다. 뜨거운 물체에 차가운 물체를 접촉시켰을 때 뜨거운 물체의 내부에너지가 줄어들고 그 줄어든 만큼 차가운 물체의 내부에너지가 증가하게 되는데 이 과정에서 뜨거운 물체에서 차가운 물체로 열이 이동한 것이다. 또한 연소가 일어날 때 화학반응에 의해서 방출되는 일부 에너지가 물체를 데우게 되는데 이렇게 물체의 내부에너지를 증가시킨 연소의 에너지를
열이라고 한다. 이러한 열은 나름대로 cal이라는 단위로 쓰였는데 줄(James Joule)의 실험으로 역학적인 에너지가 다음의 비율로 열로 바뀌는 것을 알았다.
엔탈피 (Enthalpy)
(a) 엔탈피의 정의(The definition of enthalpy)
일정한 압력의 조건에서 에너지를 엔탈피라고 부른다. 실제적으로 계에 공급된 에너지는 온도의 증가뿐만 아니라 계의 압력도 증가시키므로 일정한 압력 하에서 일어난 것으로 보정하면 부피의 변화를 가져오므로 엔탈피는 다음과 같이 정의한다.
H=U+PV (a-1)
일정한 압력에서 공급된 에너지는 enthalpy 변화량이므로 (식 1-2)와 같이
Δ H=qp (a-2) 주어진다.
내부에너지 와 엔탈피 사이의 관계
H≡U+PV
따라서 엔탈피의 미분적 표현에 dU=dq+dW 관계를 적용하면 dH=dq+dw+PdV+VdP 로서 주어진다. 에너지와 엔탈피 사이 의 관계는 오른쪽 그림 에서 설명된다.
※ 엔탈피 변화의 측정 (The measurement of an enthalpy change)
실험적으로 반응 enthalpy를 측정하는 방법은 오른쪽 그림에 표시된 장치를 이용한다 이것을 단열 불꽃 열량계(adiabatic flame calorimeter)라고 하며,
연소 과정에서 생성된 열량이 코일 형태로 된 관을 통과하면서 주위에 있는 물의 온도를 증가시키는 역할을 한다.
이상기체의 경우에는 PV=nRT 관계가 성립하므로 H=U+PV=U+nRT 로서 표시한다. 기체 반응의 경우에 에너지와 엔탈피 차이를 계산해 보자. 반응에서 부피가 증가하면 엔탈피가 에너지에 비하여 크지만, 반대의 경우에는 작아진다.

키워드

열역학,   엔탈피,   내부에너지,   일,   열