[일반화학 정리] 3-1 열역학 제 1법칙

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열역학 제 1법칙은 에너지보존의 법칙이다.

에너지는 다른 형태로 바뀔 수는 있지만, 새롭게 생성되거나 소멸하지는 않는다.

 

이러한 에너지는 계와 주위 사이에서 서로 이동 할 수 있다.

이러한 에너지의 이동형태는 열과 일로 볼 수 있다.

즉, △E = W + q 라고 나타낼 수 있는 것이다.

여기서 W와 q는 △가 들어가지 않았는데 E는 △가 들어간 것을 볼 수 있다.

이것은 E와 다르게 W와 q는 경로함수이기때문에, 이미 ‘변화’의 의미를 가지고 있는것으로 해석해볼 수 있다.

 

이러한 에너지의 이동형태에서 부호는 계를 기준으로 한다.

양수면 계가 에너지를 받은것이고, 음수면 계가 에너지를 잃은 것이다.

q>0 : 열 흡수, q<0 : 열 방출, w>0 일을 받음, w<0 일을 함.

 

이상기체의 열역학에서 일은 곧 기체의 압축과 팽창을 말한다.

W>0이라면, 기체의 압축(부피의 감소)를 말하고

W<0이라면, 기체의 팽창(부피의 증가)를 말한다.

 

열역학 제 1법칙의 변수는 E,W,q로 각각에 대해 정리해놓는것이 중요하다.

 


 

1. 일(W)

일은 힘x이동거리 로 나타낸다.

이를 이상기체에 적용하게되면 힘과 이동거리의 곱은 외부압력과 부피의변화율의 곱으로 나타낼 수 있다.

외부압력(Pex)이 일정하지 않은 조건에서, 일반화된 식은 다음과 같다.

\displaystyle\ W = \int Pex dV

 

1) 가역과정

만약 이 과정이 가역과정이라면, Pex = P가 성립하게된다.

즉, 외부압력이 아니라 식에 P를 대입할 수 있게 된 것이다.

그렇다면 일반화된 식을 \displaystyle\ W = \int Pex dV 로 표현할 수 있다.

i) 정적과정 : W = 0

ii) 정압과정 : W = P△V

iii) 등온과정 : \displaystyle\ W = nRT ln \frac{V2}{V1}

 

2) 비가역과정

비과역과정이라면 Pex를 가지고 그대로 전개해야한다.

i) 자유팽창 : W = 0

ii) 외부압력이 일정 : W = Pex*△V

 


 

2. 열(q)

열은 질량에 대한 식과, 개수에 대한 식으로 나타낼 수 있다.

 

몰비열에 대한 식 : q = n*C*△T

비열에 대한 식 : q = m*C*△T

 

몰비열은 정적과정일때랑 정압과정일때 각각 달라진다.

그래서 정적몰비열(Cv)과 정압몰비열(Cp)이 따로 존재한다.

각각은 상수로써 꼭 기억해야한다.

\displaystyle\ Cv = \frac{3}{2} R

\displaystyle\ Cp = \frac{5}{2} R

항상 Cp는 Cv보다 R만큼 크다.

 

정적과정일때는 W=0이라, △E = q이므로

\displaystyle\ \Delta E = n*Cv* \Delta T = \frac{3}{2} nR \Delta T

 

정압과정일때는 △E = q + W 인데, 정압과정에서 W = P△V이므로

△E = q – P△V

라고 볼 수 있다.

정압과정에서 중요한점은, 압력이 일정할 때 q = △H 라는 점이다.

 

2 Responses to “[일반화학 정리] 3-1 열역학 제 1법칙

  • 방문 감사해요~ 답방왔는데 일반화학이 똭 ㅠㅠ 화학공학과를 졸업하고 두번다시 안볼 줄 알았는데..ㅎㅎ

    그래도 재미난 포스팅 많네요 ㅎㅎ 자주 와서 포스팅도 구경하고 글도 남기겠습니다~ 친하게 지내요! ㅎ

    • 와~ ㅋㅋㅋ 화학공부를 하고있습니다.

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