등온과정 개념이해

이번에는

"등온과정에 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.>

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※ 이번 포스팅의 소제목 내부링크

1. 등온과정

2. 등온 팽창 (v  > 0 )

3. 요약

4. 등온압축 (v  <  0 )

5. 단열과정 개념과 이해 (링크)

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1. 등온과정

말그대로 온도 일정한 과정입니다.(△T = 0 or dT = 0) 

 

등온과정 내부에너지 계산 (u)

온도가 변화 없으므로,

온도에 대한 함수인 내부에너지(u)도 변화가 없습니다.▶  (△u = 0)

 

등온과정은 기체의 팽창, 압축과정으로 나뉩니다.

그래서, 팽창먼저 설명하겠습니다.

 

 

2. 등온 팽창 (v  > 0 )

기체의 팽창이라 부피는 증가합니다. ▶(△v > 0)

 

등온과정 압력 계산 (P)

이상기체 방정식 Pv = RT에 따라,

우변에는 기체상수와 온도가 있는데,

온도가 일정합니다. 

그러면 압력 x 부피 가 일정한데,(이 때, 서로 반비례관계 됨)

기체가 팽창하므로, 압력은 감소합니다. ▶ (△P < 0)

 

등온과정 일 계산 (w)

압력은 감소하여도, 부피는 증가합니다.

즉, 기체가 외부에 일을 해주고 있으므로(또는 그래프상 현재 오른쪽으로 진행하므로)

▶ 일(w)은 양수 입니다. (△w > 0)

여기서는 압력이 증가, 감소하냐가 구분하는 것이 아닌, 

열의 출입으로 구분합니다.

 

등온과정 열량 계산 (q)

 du = 0 고려하여, 열역학 1법칙 q = u + w 을 적용해보면

(dq = du + Pdv)  → (dq = dw )

열량은 즉, 일의 변화량과 같습니다.

등온 팽창이므로,  (△q = △w, q > 0)

 

등온과정 엔탈피 계산 (h)

엔탈피는 h = u + Pv인데 

미분하면 dh = du + vdP + Pdv입니다.

그런데, 등온과정이라 온도의 변화, 내부에너지의 변화가 없습니다. (du = 0) 입니다.

따라서,  dh = vdP + Pdv 가 되는데,

이 의미는 부피가 증가한 만큼, 압력은 감소한다는 의미(압력이 증가하면, 그만큼 부피 감소)이므로,

엔탈피의 변화는 존재하지 않습니다.  ▶ "(△h = 0)" 입니다.

 

 

등온과정 엔트로피 계산 (s)

이전에 포스팅한 엔트로피 식 중에서

 

현재 등온과정이므로 위의 두 식 둘 다 사용 가능합니다.

온도변화가 없으므로, T1, T2는 존재하지 않습니다.

그래서, 두 식에서 첫번째 항(비열들어있는 항)을 제외하면 됩니다.

 

따라서 등온과정에서 엔트로피 식은 아래와 같습니다.

부피가 증가했으니, 당연히 엔트로피도 증가했네요,

압력은 감소했어도 앞에 음수라서 당연히 ▶ "(△s > 0)" 입니다.

 

여기서, 대문자 S 는 단위질량당 엔트로피가 아닌,질량을 곱한 현재 량의 엔트로피입니다.

이 때 공식이 다른 이유는 이상기체방정식 "Pv = RT"는 v가 비체적, 부피를 질량으로 나눈 값이지만,

질량으로 나누지 않는다면, PV = nRT 이기 때문 n을 고려해주어야 합니다!

 

 

 

3. 요약

dT = 0, △w >0, △v > 0 △u = 0, △q > 0, △h = 0, △s > 0

 

 

4. 등온압축 (v  <  0 )

위 설명의 반대로 적용하면,

△w < 0, △v < 0, △u =0, △q < 0, △h = 0, △s < 0

 

다음에는 단열과정에 대하여 설명하겠습니다.

 

 

5. 단열과정 개념과 이해 (링크)

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다음에는 단열과정에 대해 설명하겠습니다.

위와 같은 방식으로 설명하겠습니다.

링크를 참고하기 바랍니다.

 

 

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