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열역학 제1법칙은 에너지 보존 법칙을 열역학적으로 표현한 것으로, 시스템이 겪는 모든 과정에서 "에너지는 생성되거나 소멸되지 않고 형태만 바뀐다"는 원리를 다룹니다. 본 장에서는 열역학 제1법칙의 정식 표현부터 폐쇄계(밀폐계)와 개방계에 대한 적용, 그리고 실제 공학적 해석에 필요한 주요 공식들을 폭넓게 살펴보겠습니다.1. 열역학 제1법칙의 기본 개념1.1 에너지 보존의 관점 열역학 제1법칙은 물리학에서의 에너지 보존 법칙과 동일한 의미를 갖습니다. 시스템 내부에너지의 변화(ΔU)는 시스템이 흡수한 열(Q)과 시스템이 외부에 한 일(W)의 상호작용으로 결정됩니다. 이를 식으로 표현하면 다음과 같습니다. 여기서 부호는 통상적으로 다음과 같이 설정합니다.Q > 0: 시스템으로 열이 유입(흡수)Q W > 0:..

1. 일과 열의 기본 개념열역학에서 에너지는 주로 '일'과 '열' 두 가지 형태로 전달됩니다.일(Work, W): 힘이 작용하여 물체가 움직이거나 형태가 변할 때 전달되는 에너지입니다.열(Heat, Q): 온도 차이에 의해 에너지가 고온에서 저온으로 전달되는 형태입니다.2. 밀폐계와 개방계에서의 일2.1 밀폐계의 일밀폐계는 질량 이동 없이 에너지만 외부와 교환할 수 있습니다. 밀폐계에서의 일은 주로 팽창 또는 압축 과정에서 발생합니다.계산식: 예시: 피스톤-실린더 장치에서 기체가 팽창하여 피스톤을 밀어올릴 때 발생하는 일2.2 개방계의 일개방계는 에너지와 질량이 모두 외부와 교환됩니다. 개방계에서의 일은 유체의 흐름을 통해 나타나며 엔탈피 변화를 이용해 계산됩니다.공식: 예시: 터빈, 압축기와 같은 장치..

이상기체의 개념과 상태변화1. 이상기체란?이상기체(Ideal Gas)는 분자 간 상호작용과 분자의 부피를 무시하여 가정한 이론적 기체입니다. 실제 기체와의 차이가 있지만, 공학적 문제 해결에 이상기체 가정은 유용한 근사입니다.2. 이상기체와 실제기체의 차이점이상기체: 분자의 크기와 상호작용 무시, 비가역성 없음, 이상기체 상태 방정식을 완벽히 따름.실제기체: 분자의 크기와 상호작용 존재, 비가역성 존재, 고압 및 저온 조건에서는 이상기체 방정식과 차이가 커짐. 3. 보일의 법칙과 샤를의 법칙보일의 법칙(Boyle's Law): 일정한 온도에서 압력과 부피는 반비례합니다.(등온법칙) 샤를의 법칙(Charles's Law): 일정한 압력에서 부피는 절대온도에 비례합니다.(정적, 정압법칙) 4. 기체상수의 개..

열역학 용어와 순수물질의 성질1. 열역학의 개요와 기본 용어열역학은 열과 에너지가 물질이나 환경과 어떻게 상호작용하며 변환되는지 연구하는 학문입니다. 기계공학, 화학공학, 에너지 시스템 등 여러 공학 분야에서 필수적인 역할을 합니다. 열역학을 효과적으로 공부하기 위해서는 기본적인 용어와 개념부터 이해하는 것이 중요합니다.상태함수(State function): 시스템의 특정 상태를 나타내는 물리적 특성으로, 상태의 변화량은 출발점과 도착점의 값에만 영향을 받습니다. 압력, 부피, 온도, 내부에너지, 엔탈피, 엔트로피 등이 대표적입니다.경로함수(Path Function): 상태가 변화하는 과정에 따라 달라지는 특성으로, 열(Heat)과 일(Work)이 대표적입니다. 같은 상태 변화를 겪더라도 경로에 따라 값..