[열역학] 순물질의 상태, 상태도

이번에는 

"순물질의 상태와 상태도"에 대해서

설명하도록 하겠습니다.

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※ 이번 포스팅의 소제목 내부링크

1. 순물질 정의

2. 상(Phase)의 정의와 상태변화 그래프 분석

3. 한 물질의 상변화 그래프와 삼중점의 개념

4. 압력(절대, 게이지, 대기, 진공)과 단위 (링크)

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1. 순물질의 정의

먼저,

순물질이란

다른 물질이 섞여있지 않고 한 종류만 이루어진 물질입니다.

물, 산소, 질소도 순물질입니다.

고체는 분자간 위치가 고정되어 있으며

액체는 고정되어 있지않지만,고체보다는 분자가 자유롭게 움직이고

기체는 분자가 서로 멀리 떨어져 있고, 미치도록 자유롭게 움직입니다.

플라즈마는 여기서 다루지 않습니다.

 

 

2. 상(Phase)의 정의와 상태변화 그래프 분석

상(Phase)은 물질의 상태, 고체, 액체, 기체를 나타내는 것이고

상변화는 물질의 상이 변화한다는 것입니다.

예로들면, 고체가 액체, 액체가 고체 등 기체가 액체로, 기체가 고체로 변화한다는 뜻입니다.

물(액체)의 온도와 비체적 그래프(아래그림)를 보도록 하겠습니다!

1번에서는 그냥 액체상태입니다.

온도가 올라 갈 수록 부피는 커집니다..

분자들이 에너지를 얻어 엄청 활동량이 커져서 부피가 커집니다.

점점 올라가다가 부피가 커지지는 않습니다.

2번은 액체와 기체가 공존하고 있는 상태입니다.

끓는점에 도달한 물은 기체가 되었으나,

물이 아직 끓는점에 도달하지 못한 물이 있습니다.

그래서 액체와 기체가 공존하고 있는 것입니다.

여기서의 액체는 열을 받으면

더이상 액체로 있을 수 없어

기체로 상태변화하기 위해 열을 사용합니다.

모든 액체가 기체가 되면

3번상태가 됩니다.

즉 수증기(기체)상태에서 열을 받으면

부피가 점점 더 커집니다.

기체니까 이상기체방정식 생각하면 됩니다.(압력일정 하 부피와 온도 비례)

 

더 나아가 

상평형 그림에 대해 설명하겠습니다.

 

 

 

3. 한 물질의 상변화 그래프와 삼중점의 개념

아래는 한 물질의 모든 상변화를 나타내는 그림입니다.

고체와 기체가 인접한 선은 승화곡선(고체<->기체)이라 부릅니다.

그리고 삼중점이 있는데 

삼중점은 물질이 어떠한 압력과 온도상태가 되면 고체,액체,기체의 상태가 모두 존재하는 점입니다.

물을 상평형 그림에 적용해보겠습니다.

우리는 대기압 하에 살고 있기 때문에

얼음(고체)이 녹으면(열흡수) 물(액체)이 되고 물이 끓으면(열흡수) 수증기(기체)가 됩니다.

그러나,

만약 화성이나 달에 간다면

대기가 희박하거나 없으므로

압력은 낮아집니다. 

즉 1번상태가 아닌 2번상태가 되면

얼음을 가열하면 그냥 수증기가 되는 상황이 벌어질 수 있다는 것입니다!

반대로 온도를 고정한 상태에서

압력을 달리하여 상변화를 바꿀 수도 있습니다. 

 

이 과정을 알아야,

물과 그외 냉각수 등 관련된 액체의

포화압력, 포화온도를 구할 수 있습니다.

 

다음에는 압력(절대,게이지,대기,진공/압)과 단위에 대해서 설명하겠습니다.

 

 

4. 압력(절대, 게이지, 대기, 진공)과 단위 (링크)

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앞으로도 엔지니어에게 좋은 지식과 정보를 이해하기 쉽게 글을 포스팅하겠습니다. (By. 요르문간드)