생각하는 공대생

기본식 (The Fundamental equation) 열역학 제1법칙과 제2법칙은 물질의 성질을 표현하는 열역학의 기본 법칙들 중 하나이다. 이 두 법칙을 결합하여 하나의 식을 만들어 보자. 열역학 제1법칙은 식으로 로 표현 할 수 있다. 닫힌계에서 비팽창 일이 포함되지 않은 가역적 변화가 일어날 때 dw와 dq는 다음과 같이 각각 쓸 수 있다. (w = 일, q = 열, p = 압력, T = 온도, V = 부피, S = 엔트로피)(rev는 reversible로 가역적 변화) 이를 에 다시 대입을 해주면 아래와 같이 식을 다시 쓸 수 있다. 이 식을 기본식(Fundamental equation)이라고 한다. 이 식에서 dU는 완전 미분인데, 이것은 다시말해서 dU는 상태함수이므로 변화가 가역적이든 비가..

영구기관의 개요와 정의 Perpetual motion machine. 영구기관이란 외부로부터 에너지 혹은 에너지원을 공급 받지 않고도 외부에 대하여 영원히 일을 계속하는 가상의 기관을 말한다. 이를 제1종 영구 기관이라고 분류하기도 한다. 확장된 개념으로 열원에서 공급한 열을 100% 역학적인 일로 바꿀 수 있는 제2종 영구 기관도 있다. 각각은 열역학 제1법칙(에너지 보존의 법칙), 열역학 제2법칙(엔트로피의 법칙)에 위배되므로 실제로는 존재하지 않는다. 이외에도 외부에 일을 하지 않으면서 운동을 계속 하는 기관을 제3종 영구 기관이라고도 하는데, 제3종 영구기관의 경우 물리 법칙에 위배되지는 않는다. 제 1종 영구기관 외부로부터 에너지 혹은 에너지원을 공급받지 않고 외부에 대하여 영원히 일을 계속하는..

열역학 제 0법칙 : 열역학적 평형 열역학적 평형이란, 어떤 계 A와 B가 열적평형상태에 있고, B와 C가 열적평형 상태에 있으면, A와 C 또한 열적평형상태에 있다는 것이다. 서로 다른 계가 접촉하였을 때 열역학적 평형을 이루지 못한다면, 계 사이에 에너지나 물질의 알짜이동이 있다. 서로 열역학적 평형을 이루고 있는 계는 외부와의 접촉없이 나중에 다시 접촉하였을 때도 평형을 이룬다. 즉 쉽게 말하자면 A와 B의 온도가 같고 B와 C의 온도가 같다면 A와 C도 온도가 같다는 말이다. A=B이고 B=C이면 A=C이다. 어린아이도 이해할 만큼 매우 당연해 보이는 것이지만, 열역학 1, 2, 3법칙이 확립된 후에야 이 법칙이 확립되었다. 이 사실은 계의 상태나 크기 같은 것에 상관 없이 절대적인 척도가 될 수..

상(Phase)의 정의 물질의 상(Phase)란 공간상에 물질이 모여 화학적 조성 및 물리적 상태가 전체적으로 균일한 물질의 상태를 의미한다. 물질의 대표적인 상으로는 고체상, 액체상, 기체상을 들 수 있다. 탄소와 같이 단일 물질이 두 종류 이상(흑연, 다이아몬드, 그래핀 등)의 고체상을 갖는 경우에는 동소체(Allotrope) 라고 한다. 주어진 압력 하에서 한 상이 다른 상으로 자발적으로 변하는 상 전이(phase transition)는 물질마다 고유한 온도나 압력에서 일어난다. 예를들어 1 atm 에서 온도가 0 ℃보다 낮을 때는 얼음이 물보다 안정한 상이며, 0 ℃ 보다 높을 때는 액체가 더 안정하다. 이는 0 ℃ 아래에서 물이 얼음이 변하는 과정이나, 0 ℃ 이상에서 얼음이 물로 변하는 과정이..

상전이 (Phase transition) 상 전이(Phase transition)란 열역학적인 계의 변화로 열 공급을 통해 물질이 한 가지 상(phase)에서 다른 상으로 변하는 것을 말한다. 일반적으로 물질의 고체(solid), 액체(liquid), 기체(gas) 간의 변화를 표현할 때 사용된다. 열역학 계의 상과 물질의 상태는 각각 일정한 물리적인 성질을 가진다. 상 전이가 일어나는 동안 물질의 몇몇 성질들은 변하며, 종종 불연속적으로도 변하기도 한다. 물질의 온도나 압력, 조성, 또는 다른 외부 성질 등이 변함으로써 상전이가 일어난다. 물이 수증기나 얼음이 되고 드라이 아이스에서 뿜어져 나오는 하얀 연기 등등이 모두 상전이의 결과이다. 몇년 전에는 우리가 사는 3차원뿐 아니라 위상수학적으로 2차원 ..