물리화학 정리

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물리화학 정리에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

1단계에서 U1은 0이고 QH는 등온 팽창할 동안 기체가 한 일과 같다.
이상 기체가 등온 팽창하는 경우 기체가 한 일 W1은 다음과 같다.
여기서 압력 P은 아래와 같이 주어진다.
그러므로 이 때의 일 W1은 다음과 같다.
3과정도 등온 과정이므로 이와 동일한 방법으로 나타내면 아래와 같다.
이 양은 Vd가 Vc 보다 작으므로 (-)이다.
두 열량의 비는 아래와 같이 나타낼 수 있다.
이 식과 온도와 부피와의 관계를 이용하여 계산하면 다음과 같다.
그러므로 carnot기관의 열효율 ecar은 아래와 같다.
즉, Carnot 기관의 효율은 두 개의 열 저장체의 온도의 비에만 의존하게 된다. 즉, 두 열 저장체의 온도차가 크면 클수록 효율이 커지며, 온도 차이가 적어지면 효율은 작아진다. 또한, TC가 0이면 효율은 1(100%)가 되는데 열역학 제 2법칙에서는 TC는 0이 될 수 없음을 알고 있으므로 효율은 1(100%)이 될 수 없으며, 열역학 제 2법칙에 부합하는 가장 효율적인 기관이 바로 Carnot 기관이 됨을 알 수 있다.
3.열역학 제3법칙
네른스트의 열정리 또는 네른스트-플랑크의 정리라고도 한다. 1906년 W.H.네른스트는 열역학과정에서의 엔트로피의 변화 ΔS는 절대온도 T가 0이 됨에 따라 0이 된다(즉, T → 0의 극한에서 ΔS → 0)고 주장했다. 계의 엔트로피는 압력, 부피, 자기장 등 외부 조건과는 관계없이 온도가 0이 되면 0이 된다. 그러면서 계가 크든 작든지 간에 하나의 가장 낮은 에너지 상태를 갖는다. 예를 들면, 가장 낮은 준위가 3배로 축퇴(縮退)되어 있다면, 절대영도(0 K)에서 허용한 상태수는 3이므로, 엔트로피는 ~ S=kln3로 표시할 수 있다. 따라서 제3법칙은 때로는 '0'이라는 숫자 대신에 '어떤 상수'로 표현해야 한다. 이 법칙에 의하면 열용량은 절대영도에서 0이 되어야 한다.
후에 더 나아가 M.플랑크는 T → 0이 됨에 따라 엔트로피 자신이 0이 된다(즉,T=0에서 S=0)고 주장했다. 이로써 T → 0에서 비열이나 팽창률은 0이 된다는 결론이 나오므로, 유한 횟수의 과정의 경우에는 절대영도 상태까지 도달할 수 없다. 통계역학에서는 미시적 상태의 수를 W라 하면 엔트로피는 볼츠만의 원리에 의해 S=klogW로 표시하는데 0 K에서는 모든 계가 바닥상태[基底狀態]로 되며, 바닥상태는 축퇴하고 있지 않다고 하면 W=1이 되어 S=0을 기대할 수 있다.

키워드

엔트로피,   물리화학,   열역학법칙,   열역학1법칙,   열역학2법칙,   열역학3법칙,   카르노 순환