열역학 제2법칙과 gibbs free 에너지

소개

일정부피에서의 열용량과 일정압력에서의 열용량에 대한 설명과 두 계수를 비교하여 두 계수간의 관계를 설명하고 열기관을 통해 열역학 2법칙의 기본개념과 엔트로피에 대해 나타내었다.
엔트로피와 관련된 gibbs 에너지를의 유도과정을 나열하고 자연에서의 변화에 대한 의미를 설명하였다.

목차

1. Cp 와 Cv 의 관계
- 일정부피 열용량의 개념
- 일정압력 열용량의 개념
- 두 계수의 비교와 실제 무엇을 의미하는지 설명

2. 엔트로피
- 열기관을 이용하여 2법칙 설명
- 엔트로피의 개념

3. Gibbs Free Energy
- 1법칙과 2법칙을 이용하여 깁스 에너지 유도
- 깁스에너지가 의미하는 바를 설명

본문내용

1. 열용량 Cp 와 Cv 의 관계
온도가 증가할 수록 엔탈피는 증가하게 된다.
이 그래프에서 알 수 있듯이 Cp는 일정 압력하에서의 열용량으로 온도변화에 대한 엔탈피의 변화량에 대한 그래프에서 그 기울기를 의미하며
다음과 같은 식으로 표시된다. 따라서 온도가 미소하게 변할 때의 엔탈피는 다음과 같이 나타낼 수 있고 이 때 엔탈피의 증가는 일정 압력하에서 공급되는 열과 같으므로 H를 q (열로써 이전 되는 에너지)로 표시할 수 있다.

2.열역학 제 2법칙
열역학 제 2법칙이란 모든 계가 엔트로피가 증가하는 방향으로 진행한다는 것으로 1법칙인 에너지 보존법칙에 비가역성의 의미가 더해진 것을 의미한다.
더 쉽게 얘기 하기 위해 열기관을 통해 2법칙을 말해보고자 한다. 2법칙을 여러 학자들이 정의를 하였는데, 저는 켈빈과 클라지우스의 이론을 설명하겠다.
우선 열기관이라는 것은 열에너지를 역학적 에너지와 같이 유용한 형태의 에너지로 바꾸는 기계이며 켈빈은 열 에너지는 고온에서 저온으로 이동하는데 이때 열기관이 행한 일은 열기관으로 흘러 들어간 순수 열에너지와 같다는 것으로, 열기관이 100% 열을 받아 100% 열효율로 변환은 불가능하고 하였고 클라지우스는 열에너지는 차가운 물체에서 뜨거운 물체로 저절로 전달 되지 않는다고 말하였다.
엔트로피 (S)
△S = , ( ) [Q : 전달되는 열에너지의 양, T : 그 계의 절대온도]
엔트로피 : 무질서도를 나타내는 양

3. Gibbs Free Energy
- 가역과정과 자발과정에서의 Gibbs energy 의 변화
가역변화 시 ( T ,P=const. )
△S = 0, H = 0 (열의 출입이 없음)
G = 0 ( G 는 변하지 않음)
- 자발과정 ( T ,P=const. )
G = H T△S 에서 엔트로피는 항상 증가하는 방향으로 흐르므로
H < T△S, G < 0 ( G는 감소하는 방향으로 진행)
가역, 비가역 과정에서 G = H T△S 0

참고자료

· Atkins physical chemistry