폴리트로픽 과정에서의 열역학 1법칙

열역학 1법칙: \Delta{E} = \Delta{Q} – \Delta{W} = \Delta{U} + \Delta{P.E.} + \Delta{K.E.}

\Delta{Q} = \Delta{U} + P \Delta{V} (경계일만 고려, 위치/운동에너지 무시)

단열과정: 0 = \Delta{U} + P \Delta{V} (열의 출입이 없기 때문에)

등온과정: \Delta{Q} = 0 + P \Delta{V} (이상기체일 경우 내부에너지는 온도만의 함수)

등압과정: \Delta{Q} = \Delta{U} + P \Delta{V}  

정적과정: \Delta{Q} = \Delta{U} + 0 (체적의 변화가 없어서 경계일의 값이 0)

위의 내용을 정말 잘 이해하는 것이 중요합니다.

이를 이해하는 것이 결국 질문에 대한 답이 되는데요.

쉬운 이해를 위해

열을 얻는 과정을 음식을 먹는 것으로 생각해보고,

내부에너지는 내 몸의 에너지(살)라고 생각해보고,

일은 운동이라고 생각해볼게요.

단열과정인 경우, 0 = \Delta{U} + P \Delta{V}

먹는 것은 없는데 운동을 하니까 살이 빠지게 되는 경우입니다.

(열유입은 없는 상태에서 에너지를 소모해서 일을 하는 거죠. 살을 빼며 운동을 하는 다이어트와 같은 효과입니다.)

등온과정인 경우,   \Delta{Q} = 0 + P \Delta{V}

등온이기 때문에 내부에너지는 일정한 상태에서

음식을 먹는 족족 운동을 하는 상황입니다. (살은 찌지도 빠지지도 않는 상태이죠.)

(왜 카르노 사이클이 이상적인 사이클일지 연결해서 생각해보세요.)

등압과정인 경우,   \Delta{Q} = \Delta{U} + P \Delta{V}  

음식을 먹으면 어느 정도 살도 찌고, 운동도 하는 경우입니다.

정적과정인 경우,   \Delta{Q} = \Delta{U} + 0  

열을 먹는데, 운동을 하지 않는 경우입니다. 살만 찌게 되겠죠.

학생분께서 질문하신 내용은

n=0인 등압과정인 것이고,

우리는 열유입이 없다고 한 상황이기 때문에

단열과정이면서 등압인 상태로 일을 하는 과정을 생각해보면,

등압에 대해 일을 하는 결과로 내부에너지가 감소하는 현상이 나타날 겁니다.

(열 유입이 없이도 일을 할 수 있다는 것을 아셨을 거라 생각합니다.)

열역학 1법칙은

위와 같이 정확한 개념을 이해하는 것도 매우 중요합니다.

물론 학부 과정에서 나오는 어려운 응용문제를 풀기 위해서는

식을 적용하면서 공부하는 것도 매우 중요해요.

적절한 밸런스를 유지하면서 점차적으로 어려운 문제를 풀어갈 수 있도록

많은 훈련과 공부를 하시길 바랍니다.

열역학 제대로 끝내기에서는

정말 최고 난이도의 문제를 풀면서 

기존의 열역학 한방에 끝내기에서

다소 쉬운 문제를 보충할 수 있는 강의로서 제작되었습니다.

나중에 오픈되면 꼭 들어보시길 바랍니다.

질문에 대한 답이 됐기를 바랍니다.

감사합니다.