열역학

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열역학 한방에 끝내기 질문드립니다 [16강 37분 15초, 17강 6분 55초]

Ch. 6 The Second Law of Thermodynamics
작성자
Godjunpyo (관리자)
작성일
2023-08-04 19:22
조회
149
​#권준표 #교수님 #열역학 #한방에 #끝내기 #16강 #17강 #열역학 #2법칙 #켈빈 #플랑크 #서술 #순일 #질문

 

안녕하십니까, 교수님. 교수님 강의를 수강 중인 최지훈이라고 합니다.

다름이 아니라 열역학 한방에 끝내기를 듣기 시작하고 어느덧 중반에 

접어들었는데 열역학 제 2법칙 서술 파트를 들으면서 이해가 안 되는 부분이 있어서 이렇게 교수님께 질문하게 되었습니다.

 
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​ <왼쪽 사진>에서 볼 수 있듯이 16강 중반부 켈빈 프랑크 서술과 클라시우스 서술과 켈빈-프랑크 서술의 동등성을 연달아설명하는 과정에서 열원이 한 개일 경우 순일을 발생시킬 수 없다고 반복해서 말씀하셨는데,

<오른쪽 사진>에서 볼 수 있듯이 17강 막 시작하실 때 켈빈-프랑크 서술에 따라 하나의 열원에서는 시스템(계)에서 순일이 발생하지 않으므로, 일 전달량

W가 음수라고 설명하셨습니다.

 

 

 

 

korea4506__20230629235032.jpg

순일을 발생시키지 않는다는 말은 이해했지만, 음수라는 설명은 이해가 되지

않아 교수님 필기 파일을 살펴보았습니다. 16강에 대응하는 켈빈-프랑크 서술

파트에서 <왼쪽 사진>과 같은 과정을 거쳐 사이클 순일이 하나의 열원에서

음수가 된다는 내용은 확인했으나, 여전히 그 이유는 이해할 수 없었습니다.

따라서, 첫번째 질문은 다음과 같습니다.

'켈빈-플랑크 서술을 위배하는 하나의 열원을 가진 사이클에서

순일을 발생시킬 수 없다면, W_cycle = W_net,out = 0 아닌가요?

Cycle을 계로 취급할 때, 계 내부로 들어오는 일이 0인데 어떻게 순일이 음수 값이 나오는지 궁금합니다. 혹시 제가 잘못 이해하고 있는 부분이 있을까요?'

 

 

 

 

korea4506__20230629235605.jpg
두 번째 질문 또한 첫번째 필기 파일 사진과 관련된 질문입니다.

사실 켈빈-프랭크 서술을 위반하는 하나의 열원을 가진 사이클에서

들어오는 일과 순일이 같다(Q_cycle = W_cycle)는 부분을 위의 사진과

같은 방식으로 해석했습니다.

식을 쓰고나니, 밀폐계에서 본 에너지 평형 방정식과 같은 형태를 띄고

있는데, 사이클을 밀폐계로 취급해도 되는 건가요?
전체 1

  • 2023-08-04 19:52

    [첫 번째 질문에 대한 답변]

    켈빈-플랑크 서술에서
    일의 값이 음수가 나올 수 있는 이유에 대한 질문입니다.

    열역학 제 2법칙을 설명하는 부분이기 때문에
    열역학 제 1법칙과 구분하실 필요가 있고,
    '비가역성'에 대한 정리를 하시는 것이 좋습니다.

    비가역성이란
    말 그대로
    다시 돌아오는 것이 불가능하다는 의미입니다.

    어디를 갔다가 돌아오는 과정에서 반드시 주위에 흔적을 남기기 때문입니다.

    예를 들면,
    공이 바닥으로 떨어졌다가 다시 올라오려면
    에너지를 추가로 필요로 합니다.
    (추가적인 에너지 없이는 공이 원상태로 돌아올 수는 없습니다.)

    켈빈-플랑크 서술은
    이러한 비가역성을 설명합니다.

    말씀하셨다시피
    켈빈-플랑크 서술은
    열역학적 시스템이
    오로지 하나의 열원과 열교환할 때를 가정하고 있습니다.

    하나의 열원으로는 시스템이 구동될 수가 없기 때문에
    순일은 양수가 될 수 없습니다.

    그렇다면 순일의 값으로 가능한 범위는
    0이거나 음수일 겁니다.

    만얄 순일의 값이 0이라면,
    사이클이 비록 일을 생성하지는 못하더라도
    (주위에 흔적을 남기지 않고)
    다시 원상태로 돌아올 수 있는 능력을 가지고 있기 때문에
    내부적으로 비가역성이 없다고 판단할 수 있습니다.

    그리고 순일의 값이 음수라면,
    사이클이 일을 생성하지 못할 뿐만 아니라
    다시 원상태로 돌아오려면
    추가적인 일 또는 에너지가 필요할 겁니다.

    즉, 비가역성을 지니고 있다는 뜻입니다.

    이러한 측면에서
    켈빈-플랑크 서술에서의
    사이클 순일의 값은 0 또는 음수를 가질 수 있습니다.

    [두 번째 질문에 대한 답변]

    열역학 1법칙는
    밀폐계 또는 개방계에 구애받지 않고
    모두 통하는 법칙입니다.

    *혹시 T-pass를 통해 강의를 듣고 계시다면, 반드시 열역학 제대로 끝내기(열역학 제1&2법칙편, 엔트로피편)을 수강하시길 권장드립니다. 많은 내용을 쉽게 정리하실 수 있을 겁니다.


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.