19 - 19장. 온도, 열, 열역학 제 1 법칙 19-1...

Info iconThis preview shows page 1. Sign up to view the full content.

View Full Document Right Arrow Icon
This is the end of the preview. Sign up to access the rest of the document.

Unformatted text preview: 19장. 온도, 열, 열역학 제 1 법칙 19-1 열역학 역학과 열역학 1. 역학: 물체의 운동과 역학적 에너지의 변화를 다룸 뉴턴의 운동법칙을 따름 2. 열역학: 물체의 내부 에너지의 변화를 다룸 열역학의 법칙을 따름 19-2,3 열역학 제 0 법칙, 온도측정 1. 열역학 제 0 법칙 두 물체 A와 B가 각각 다른 물체 T와 열적 평형을 유지하면, 이 두 물체끼리도 열적 평형이 유지된다. 2. 온도측정 1) 정의근거: 열역학 제 0 법칙 2) 측정원리: 온도변화 ⇒ 물리량(길이, 부피, 압력, 저항 등)의 변화 3) 측정과정 ① 눈금 정하기 •기준온도 설정: 재현성이 좋은 상태 (물의 삼중점 T 3 ≡ 273.16 K ) •눈금 나누기 ② 물리량의 측정 ⇒ 온도환산 3. 일정부피 기체 온도계 - 절대온도 1) 생김새 2) 절대온도 T 의 정의 T = Cp T : 온도계와 열평형을 이룬 물체의 절대온도 p : 온도계 기체의 압력 (실제 재는 양: p = p 0 - ρgh ) C : 비례상수 (물의 삼중점을 기준으로 결정) T 3 = Cp 3 ⇒ C= T3 1 = ( 273.16 K ) p3 p3 p p3 T = ( 273.16 K ) lim m→ 0 () 그림. 끓는 물의 절대온도를 일정부피 기체 온도계로 잰 결과. p 3 가 작아지면 기체 종류에 관계없이 373.125 K로 수렴함. • 여러 상황에서의 절대온도 19-5 열팽창 길이 팽창: ΔL = α L ΔT , 부피 팽창: ΔV = β V ΔT , α : 선팽창계수 β : 부피팽창계수 (고체: β = 3α ) 19-6 온도와 열 1. 관찰되는 현상 주위환경보다 뜨거운 물체는 식고, 찬 물체는 데워져서 한참 뒤에는 물체의 온도가 주위환경과 같아진다. 2. 현상의 해석 온도변화의 원인: 물체가 주위환경과 열에너지(내부에너지)를 주고받기 때문이다. 3. 열에너지 1) 정의 물체를 이루는 원자/분자의 미시적 운동에너지와 위치에너지를 모두 더한 양 2) 단위 1 calorie = 물 1 g 의 온도를 14.5 oC 에서 15.5 oC 로 올리는데 드는 열에너지 = 4.186 J 19-7 고체와 액체에 의한 열흡수 1. 열용량 (Heat Capacity) ≡ 물체가 흡수한 열에너지와 온도변화 사이의 비례상수 ∴물체를 단위 온도 높이는데 드는 열량 Q = C ( T f - T i ), 2. 비열 (Specific Heat) ≡ 단위질량 물질의 열용량 c ⇒ [ C ] = cal/ C o (≡ C m ) Q = c m ( T f - T i ), [ c ] = cal/( g⋅ oC) , 3. 몰비열 (Molar Specific Heat) 1) 몰의 정의 23 1 mol = 6.02×10 개의 단위 요소 보기: 산화알루미늄 1 몰 = 6.02×10 23 개의 산화알루미늄 분자 2) 몰비열: 물질 1몰의 비열 4. 상전이열 (Heat of Transformation) 1) 배경: 물체가 열을 흡수하면 온도가 변하거나 상태가 변함 2) 정의: 단위질량의 물질의 상태가 변하는데 드는 열에너지 Q = Lm ① 기화열(heat of vaporization) L V 액체상태에서 기체상태로 바꾸는데 드는 열에너지 ② 융해열(heat of fusion) L F 고체상태에서 액체상태로 바꾸는데 드는 열에너지 19-8,9 열과 일, 열역학 제 1 법칙 1. 물체가 주위환경과 에너지를 주고받는 방법 기체가 팽창하면서 피스톤에 해준 일에너지 dW = F ⋅d s = ( pA ) ( ds) = p ( A ds) = p dV ⇒ W = ⌠dW = ⌠ p dV ⌡ ⌡ V i Vf 2. 열에너지와 일에너지의 경로 의존성 물체의 상태가 바뀌는 과정에서 흡수하는 열에너지 Q 와 바깥에 해 주는 일에너지 W 의 값은 그 변화과정의 경로에 따라 다르다. 3. 열역학 제 1 법칙 그러나 둘의 차이 ( Q - W ) 는 오직 처음(initial)과 나중(끝, final) 상 태에 따라서 결정된다. 에너지의 변화량 Δ E 내부 그러므로 이 양은 물체의 고유한 특성이며, 내부 라고 정의한다. ΔE 내부 = E 내부, f - E 내부, i = Q-W 19-10 네 가지 특수한 변화과정에서의 열역학 제 1 법칙 1. 단열과정 (Adiabatic process) 물체의 상태 변화가 아주 빨리 일어나거나 아주 잘 절연된 채 진행되어, 물체가 열을 흡수하거나 방출하지 못하는 경우. Q = 0 (단열과정) ⇒ ΔE 내부 = - W 2. 일정 부피 과정(Constant-volume process) 물체의 상태가 바뀌는 동안 물체의 부피가 일정하게 유지는 경우. 물체가 바깥에 일을 해줄 수 없으므로 W = 0 (일정부피 과정) ⇒ 3. 순환과정 (Cyclic process) 물체의 상태가 여러 과정을 거쳐 처음상태로 되돌아오는 경우. 상태변화가 없으므로 ΔE 내부 = 0 (순환과정) 4 . 자유팽창 (Free expansion) 물체가 일을 하지 않는 단열과정이므로 Q = W = 0 (자유팽창과정) ⇒ ΔE 내부 = 0 ⇒ Q=W ΔE 내부 = Q 19-11 열전달 기구 1. 전도(Conduction) 1) 설명: 고체 또는 기체 등 물질의 원자나 전자의 진동을 통해 열에너지가 전달되는 방법 2) 열전도 방정식 H = kA TH - TL , L k : 열전도도(thermal conductivity) ( ) 표. 몇가지 재료의 열전도도 [ W/( m ․K)] 금속재료 스텐레스 스틸 알루미늄 구리 은 열전도도 14 235 401 428 건축재료 폴리우레탄 거품 유리섬유 백송 창유리 열전도도 0.024 0.048 0.11 1.0 기체 건조한 공기 수소 열전도도 0.026 0.18 2. 대류(Convection) 유체의 흐름을 타고 열에너지가 전달되는 방법 3. 복사(Radiation) 물체가 내는 전자기파에 실려 열에너지가 전달되는 방법 P = σ ε A T 4 , ( : 에너지 복사율, : 넓이, : 절대온도) -8 2 4 σ = 5.6703×10 W/(m ․K ) , (Stefan-Boltzmann 상수) ε: 방사율 ( 0 ≤ ε ≤ 1 ) (흰 물체: ε ≈ 0 , 검은 물체: ε ≈ 1 ) ...
View Full Document

This note was uploaded on 03/23/2009 for the course MATHEMATIC 공학수í taught by Professor Leekyungsook during the Spring '05 term at Yonsei University.

Ask a homework question - tutors are online