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가역/비가역 과정 예시 질문입니다.
Ch. 6 The Second Law of Thermodynamics
작성자
kwonjunpyo
작성일
2020-08-15 01:35
조회
3896
가역, 비가역 과정에 대해 교수님께서 올려주신 링크를 공부해보고 정리하며
생각해본 사례와 저의 생각인데요.
제가 제대로 이해했는지 여쭤보고 싶습니다.
풍선에 바람을 불어넣을 때
1. 이상기체 상태방정식 Pv=RT 에서
풍선 내부 P와 v가 증가하므로 풍선내부의 온도 T가 증가하고
이로인해 풍선 내부로부터 외부로의 열전달이 있다고 생각해도 될까요?
2. 풍선을 입으로 분다고 했을때
풍선에 바람을 불어넣는 과정은 입을 떼기만 하면 초기 상태(풍선을 불지 않았을때)로
어떠한 일을 주지 않고도 돌아갈 수 있으니까 가역과정이라고 봐도 될까요?
3. 풍선에 바람을 불어넣을때
풍선 내부는 제가 위의 1번에서 언급한 것처럼.. 발열과정을 거치니
엔트로피가 감소하지만
풍선주위의 공기(surrounding)을 포함하여 생각해보면 전체적으로는 엔트로피가 증가한다.
라고 생각해도 될까요?
생각해본 사례와 저의 생각인데요.
제가 제대로 이해했는지 여쭤보고 싶습니다.
풍선에 바람을 불어넣을 때
1. 이상기체 상태방정식 Pv=RT 에서
풍선 내부 P와 v가 증가하므로 풍선내부의 온도 T가 증가하고
이로인해 풍선 내부로부터 외부로의 열전달이 있다고 생각해도 될까요?
2. 풍선을 입으로 분다고 했을때
풍선에 바람을 불어넣는 과정은 입을 떼기만 하면 초기 상태(풍선을 불지 않았을때)로
어떠한 일을 주지 않고도 돌아갈 수 있으니까 가역과정이라고 봐도 될까요?
3. 풍선에 바람을 불어넣을때
풍선 내부는 제가 위의 1번에서 언급한 것처럼.. 발열과정을 거치니
엔트로피가 감소하지만
풍선주위의 공기(surrounding)을 포함하여 생각해보면 전체적으로는 엔트로피가 증가한다.
라고 생각해도 될까요?
Thermodynamics – An Engineering Approach, Cengel & Boles, McGrawHill
Ch. 1 Introduction and Basic Concepts
Ch. 2 Energy, Energy Transfer, and General Energy Analsysis
Ch. 3 Properties of Pure Substances
Ch. 4 Energy Analysis of Closed Systems
Ch. 5 Mass and Energy Analysis of Control Volumes
Ch. 6 The Second Law of Thermodynamics
Ch. 7 Entropy
Ch. 8 Exergy
Ch. 9 Gas Power Cycles
Ch. 10 Vapor and Combined Power Cycles
Ch. 11 Refrigeration Cycles
Ch. 12 Thermodynamic Property Relations
Ch. 13 Gas Mixtures
Ch. 14 Gas-Vapor Mixtures and Air-Conditioning
Ch. 15 Chemical Reactions
Ch. 16 Chemical and Phase Equilibrium
Ch. 17 Compressible Flow
- “열역학 한방에 끝내기” 는 초등학생도 이해할 수 있게끔 쉽고 재미있게 열역학을 설명하고 있습니다.
- 공식만 외워서 문제를 푸는 방식은 올바른 역학 공부법이 아니고, 조금만 응용된 문제가 나오면 접근하기가 매우 어려워져 좋은 시험 점수(좋은 학점)을 받기가 매우 어려워집니다.
- 원리와 원칙에 충실하여 어떤 문제가 나와도 개념에 충실해서 풀 수 있어야 학업성취도, 취업 면접, 대학원 시험 등에서 좋은 결과를 기대할 수 있습니다.
안녕하세요.
스스로 이렇게 고민해보는 습관은 매우 좋습니다.
하지만 1번부터 조금 다시 생각하셔야할 것 같습니다.
지금 학생분께서는
이상기체 상태방정식을 기본으로 해서
풍선에 바람을 불어 넣는다 -> 압력/부피 증가 -> 온도가 증가
라는 논리로 말씀을 주셨는데요..
이는 열역학 1법칙을 생각해보면 논리적인 비약이 있습니다.
열역학 1법칙에 근거하여
dE=Q-W=Q-(Wmech+Welectric+Wmagnetic+Wdielectric+.....-Wpressure)=dU+dKE+dPE
로 나타낼 수 있음은 아래의 강의와 링크를 통해
이제 잘 이해하실 수 있으셨을 거라 생각합니다.
- 강의 영상 링크: https://youtu.be/uYU05thVE1c
나는 풍선에 바람을 불어넣었기 때문에
압력을 증가시켰고,
부피를 증가시켰기 때문에
이상기체 상태방정식에 의해
온도가 증가할 것이라고 하셨지만,
그 말을 열역학 1법칙을 이용해 다시 해보면,
나는 시스템에 일을 줬는데,
그 시스템의 온도가 증가하여 내부에너지가 증가했다는 말입니다.
그렇지만 사실 그렇지 않죠.
여기서 학생분이 놓치신 것은
바람을 불어 넣음과 동시에
풍선이 밖으로 팽창을 한다는 사실입니다.
결국 시스템이 일을 받는 동시에
시스템도 외부로 elastic energy의 형태로 mechanical work를 하는 것이죠.
아무리 단열을 가정했다고 하더라도,
바람을 불어넣으면서 가해준 pv라고 하는 유동일은 내가 가해준 힘이지만,
그와 동시에 풍선이 팽창하면서 외부로 일을 하기 때문에
일로써 서로 상쇄되고
에너지의 변화는 없게 되면서
내부에너지의 변화도 없다고 보는 것이 좀더 맞지 않을까 생각합니다.
제가 틀렸을 수도 있지만,
이런 식으로 열역학 1법칙을 다시 복습하는 것을 좋을 수 있다고 생각합니다.
아래의 내용이 학생분의 열역학 1법칙에 대한 이해에 도움을 줄 수도 있을 것 같습니다.
한번 살펴보시길 바랍니다.
질문에 대한 답이 됐기를 바랍니다.
감사합니다.
https://godjunpyo.com/폴리트로픽-과정에서의-열역학-1법칙/