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1. 열역학 기본 법칙
1.1. 열역학 제 0법칙 - 열평형
만약 물체의 온도가 서로 다르면 두 물체사이에 물리적인 접촉이 없더라도 두 물체 사이에는 에너지가 교환된다. 이처럼 두 물체사이의 에너지가 온도 차이에 의해 서로 교환될 수 있으면, 이 두 물체가 열접촉 상태에 있다고 가정한다. '열평형 상태'란 온도가 다른 두 물체를 접촉시켰을 때 두 물체의 온도가 같아져서 더 이상 열의 이동이 일어나지 않는 상태, 자세히는 열접촉 상태에 놓인 두 물체 사이에 열이나 전자기 복사에 의한 에너지 교환이 없는 상태를 말한다.
열접촉 생태에 있지 않은 물체 A와 B 그리고 온도계C 가 있다고 하자. 우선 A와 C를 열접촉 시켜 열평형에 다다르도록 하고, 이번에는 C를 B에 열접촉 시켜 열평형에 이르도록 하였을 때, 각각의 열평형 상태에서의 온도가 같다면 A와 B는 서로 열평형 상태에 있다고 할 수 있다. 열적 평형 상태를 설명하는 법칙인 이것이 바로 열역학 제 0법칙이다.
이러한 사실은 계의 상태나 크기 같은 것에 상관없이 절대적인 척도가 될 수 있는 열역학적 개념인 '온도'를 확립할 수 있게 해주어 매우 중요하다. 즉, 온도를 두 물체간의 열평형 상태 여부를 결정하는 개념으로 생각할 수 있는 것이다. 이러한 중요성이 인정되어 열역학 제0법칙이 된 것이다.
1.2. 열역학 제 1법칙 - 에너지 보존의 법칙
열역학 제 1법칙 - 에너지 보존의 법칙은 계의 내부 에너지의 변화는 계에 가해진 열과 계가 주변에 행한 일의 합과 같다는 것을 나타낸다. 즉, 계의 내부 에너지 변화 ΔE는 계에 가해진 열 Q와 계가 주변에 행한 일 W의 합과 같다는 것을 의미한다. 이를 수식으로 표현하면 ΔE = Q + W이다.
열역학 제 1법칙에 따르면 에너지는 그 형태를 바꾸거나 다른 곳으로 전달할 수 있을 뿐 생성되거나 사라질 수 없다. 에너지의 총량은 항상 일정하게 유지된다는 것이다. 즉, 우주의 에너지 총량은 시간이 시작된 때로부터 종말에 이르기까지 일정하게 고정되어 있다. 일정량의 열을 일로 바꾸었을 때 그 열은 소멸된 것이 아니라 다른 장소로 이동하였거나 다른 형태의 에너지로 바뀌었을 뿐이다.
따라서 열역학 제 1법칙은 에너지, 열, 그리고 일 이 세 가지 물리량 사이의 상관관계를 정의해주는 법칙이라고 할 수 있다. 물질이 보유한 에너지는 언제나 그 물질의 주위에서 내부로 일이나 열이 전달되는 과정이나 그 역의 과정을 통해 변화한다. 열역학 제 1법칙은 외부와 에너지 교환이 없는 고립계 내에서 에너지는 사라지지도 생겨나지도 않지만 그 형태는 바뀔 수 있다...
