열역학 제 1법칙,2법칙에 대하여

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*열역학 제 1법칙
열역학 제 1법칙은 에너지 보존 법칙이라고도 한다.
“외부에서 기체에 가해준 열량은 기체의 내부에너지 증가량과 외부에 해준 일의 양의 합과 같다.” 이것을 열역학 제 1법칙이라고 한다.
식으로는 Q= TRIANGLE U+W(Q = 열, TRIANGLE U = 내부에너지 변화량, W = 일)
열과 일도 에너지의 하나이므로 물질계의 변화에 따라 에너지가 소멸하거나 생성되는 일은 없다는 것을 주장한다. 19세기 중반, 마이어, 주울, 헬름홀츠 등에 의해 확립되었다.
에너지 보존 법칙은 언뜻 생각하면 무척 당연하고 또 꼭 그러해야만 할 것 같다. 하지만 한때 과학자들은 중성자가 붕괴하는 반응을 보면서 에너지 보존 법칙이 깨지는 게 아닌가라는 의구심을 가졌다. 중성자는 양성자와 전자로 붕괴한다. 이때 반응 전후의 에너지를 비교하면 원래 중성자가 가지고 있던 에너지가 붕괴 이후에 보존되지 않는 것처럼 보인다. 즉 양성자와 전자의 에너지를 더해도 원래 중성자의 에너지를 얻을 수 없었다.
이 문제를 해결한 사람은 볼프강 파울리였다. 파울리는 전기적으로 중성이고 질량이 거의 없는 새로운 입자가 모자라는 에너지를 가지고 달아났을 것이라고 추정했다. 새 입자에는 중성미자라는 이름이 붙었다. 중성미자는 현대 물리학에서 가장 중요한 소립자 가운데 하나다. 이처럼 에너지 보존 법칙은 새로운 입자를 탐색하는 데에도 큰 역할을 한다.
열역학 제 1법칙의 특수한 경우 4가지.
1) 단열과정
단열 팽창 또는 단열 압축 과정이다. 열역학 제1법칙 E=Q-W 에서 Q=0인 경우이다. 즉 외부로부터 열의 출입이 없는 경우이다. 그러면 E=-W가된다. 이는 외부와 열에너지 전달이 일어나지 않는 과정이다. 계가 일을 하면 내부에너지는 그만큼 감소하고, 반대로 계가 외부로부터 일을 받으면 내부에너지는 그만큼 증가한다.
단열벽은 계에 출입하는 열을 완벽하게 막는다. 계와 주위 사이에서 에너지가 전달될 수 있는 방법은 오직 납알을 올리거나 내리는것 뿐이다.

참고자료

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