단열과정 개념이해

※ 이번 포스팅의 소제목 내부링크

1. 단열과정

2. 단열 팽창 (v  > 0 )

3. 요약

4. 단열압축 (v  <  0 )

5. 폴리트로픽 개념과 이해 (링크)

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이번에는

"단열과정에 대한 개념과

암기 필요없이 공식 이해하는 것"을 포스팅 하겠습니다.

 

[이 과정에서는 단위질량에 대한 공식(양변을 질량으로 나눈 공식)을

사용하겠습니다.]

<또한 이 이론에서 사용하는 전제는 이상기체 입니다.>

 

 

1. 단열과정

말그대로 계에 대해 열의 출입이 없는 과정입니다.(△Q = 0 or dq = 0) 

단열과정은 단열팽창, 단열압축으로 나뉩니다.

먼저 단열팽창에 대해 설명하겠습니다.

 

 

2. 단열 팽창 (v  > 0 )

기체의 팽창이라 부피는 증가합니다. ▶(△v > 0)

 

단열과정 내부에너지 계산 (u)

이상기체가 부피를 팽창시키는데 일을 해야합니다.

이 때 분자는 내부에너지를 소모해야 하므로

내부에너지는 작아집니다. ▶(△u < 0)

 

단열과정 온도 계산 (T)

내부에너지가 작아진다면, 당연히 온도는 작아집니다.

내부에너지는 온도의 함수이기 때문입니다. ▶(△T < 0)

 

단열과정 압력 계산 (P)

이상기체 방정식 Pv = RT에 따라,

온도(T)는 감소하였습니다.(우변 값 감소) 

그런데 왼쪽 변에 v(부피, 비체적)은 증가하였습니다.

등호를 맞추려면 압력은 크게 감소해야 합니다.  ▶ (△P < 0)

(기체가 팽창하므로, 압력은 감소합니다.) 

 

등적과정 일 계산 (w)

기체분자가 내부에너지를 소모해가며 외부에 일을 하였습니다.

즉, 기체가 외부에 일을 해주고 있으므로(부피 증가)

▶ 일(w)은 양수 입니다. (△w > 0)

 

등온과정 엔탈피 계산 (h)

엔탈피는 h = u + Pv인데 

미분하면 dh = du + vdP + Pdv입니다.

그런데, du + Pdv는 열역학 1법칙 참고하면,  열량의 변화량 dq입니다.

외부와 열의 출입이 단절되었으므로,

따라서,  dh = vdP가 되는데,

압력의 변화량은 감소하였으므로,

엔탈피의 변화는 감소합니다.   ▶ "(△h < 0)" 입니다.

 

 

등온과정 엔트로피 계산 (s)

엔트로피 식에서

엔트로피 변화는 열량과 온도에 관한 함수입니다.

그런데 열의 출입이 없으므로, 엔트로피는 변화가 없습니다.▶ "(△s = 0)"

그래서 이상기체의 단열변화에서는 "등엔트로피 과정(변화)"라고 불립니다.

 

 

 

3. 요약

△q = 0 , △w >0, △v > 0 △p < 0, △u < 0, △T < 0, △h < 0, △s = 0

 

 

4. 단열압축 (v  <  0 )

위 설명의 반대로 적용하면,

△q = 0 ,△w < 0, △v < 0, △p > 0, △u > 0, △T > 0,  △h > 0, △s = 0

 

다음에는 폴리트로픽 과정에 대하여 설명하겠습니다.

 

 

5. 폴리트로픽 개념과 이해 (링크)

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다음에는 폴리트로픽 과정에 대해 설명하겠으니,

링크를 참고하기 바랍니다.

 

 

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