열역학 1법칙과 2법칙에 대하여 설명하시오

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2015.12.09
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2015.11
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열역학 제 1법칙

영국의 물리학자 줄(Joule)이 열역학 제1법칙을 발견하였다.
‘에너지 보존의 법칙’이라고 하기도 하며 에너지는 그 형태를 달리 할 수는 있으나, 없어지지는 않는다." 는 법칙이다.

열역학 제1법칙은 일과 열, 그리고 내부 에너지의 관계에 대한 법칙이다.
※ 폐쇄계에 있어서, 외부에서 계에 W만큼의 일을 하고 Q만큼의 열을 투입했을 때, 계의 내부에너지는 변화량 ∆U는 이들의 합과 같다.

※ 내부 에너지
기체 분자 운동론을 통해서, 이상 기체는 온도에 비례하는 운동 에너지를 가짐을 보였다. 그러나 여러개의 원자가 결합한 기체 분자의 경우는 화학적인 결합 에너지를 내포하고 있다. 또한, 실제 기체는 분자간의 상호작용이 존재한다. 고체로 눈을 돌려보면, 고체속에서 운동하는 전자들은 원자핵과의 상호작용으로 인해 전기적 포텐셜 에너지를 가진다. 이러한 에너지들은 거시적으로는 에너지의 형태로 나타나지 않기 때문에, 계의 내부에 숨겨진 에너지라는 뜻으로 내부 에너지라 한다. 내부 에너지에 대한 가장 간단한 정의는 다음과 같다.
내부 에너지 = 계의 모든 에너지 − 계의 거시적인 역학적 에너지
여기서 즉, 계가 가지고 있는 모든 에너지 중에서, 거시적으로 관찰할 수 있는 역학적 에너지를 제외한 나머지는 모두 계의 내부에 숨어있는 에너지가 된다. 여기서 ’계의 거시적인 역학적 에너지’란 계 자체가 운동함으로써 나타나는 역학적 에너지이다. 예를 들어 에서 만약 실린더가 차에 실려서 이동하고 있다면 이로 인한 운동 에너지가 존재한다. 그러나 이것은 거시적으로 측정 가능한 에너지(공기를 포함한 실린더의 질량을 측정하고 차의 속도를 측정하면 구할 수 있다)이므로 내부에 숨어있는 에너지가 아니다. 내부 에너지는 종종 기호 U로 나타낸다. 내부 에너지는 계의 상태에만 의존하는 상태량이다. 예를 들어, 분자의 운동에너지나 원자의 진동은 온도에 의해서만 결정되며, 화학적 결합 에너지는 결합 전후의 분자 구조에만 의존하며 어떤 과정으로 결합 시켰는가에는 의존하지 않는다.

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