작성일 : 13-10-20 00:19
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글쓴이 :
김희진 (211.♡.133.109)
 조회 : 1,896  추천 : 0
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열역학
[ thermodynamics , 熱力學 ]
요약 열과 일의 관계를 다루는 학문의 분야이다. 열 현상을 포함하여 자연계 안의 에너지 흐름을 통일적으로 다룬다. 주로 화학이나 공학 분야에서 응용되고 있다. 이 학문의 적용범위는 광범위하며 보편적인 결과를 내놓지만 현상론적인 해석에 의한 한계도 가지고 있다. 열역학(thermodynamics)은 열(thermo)과 동력(dynamics)의 합성어로서 열과 역학적 일의 기본적인 관계를 바탕으로 열 현상을 비롯해서 자연계 안에서 에너지의 흐름을 통일적으로 다루는 물리학의 한 분야이다. 열에너지를 기계적인 에너지로 전환시키는 과정이나 사이클을 이용하여 경제성 및 효율성을 추구하는 추상적인 학문을 말한다. 생물계나 무생물계를 막론하고 모든 자연현상을 에너지의 흐름이라는 관점에서 생각할 때 없어서는 안 될 학문분야로, 화학이나 공학방면에서 많이 이용한다.
19세기 중엽 열기관의 개량을 기술하기 위해 시작된 학문으로 N.카르노를 비롯해서 J. 줄, R. E. 클라우지우스, 켈빈 등에 의해서 경험적으로 기초가 되는 2가지 법칙(열역학 제1법칙 및 제2법칙)이 세워졌다. 그 후 J. 맥스웰, 루트비히 볼츠만, 조지아 깁스 등은 이 법칙이 가지는 의미에 대해 통계역학적으로 해명했다.
열역학 제1법칙은, 계의 내부에너지 변화는 계가 흡수한 열과 계가 한일의 차이이다. 즉, 계의 내부에너지는 열의 형태로 더해지면 증가하고 계가 일을 하면 감소한다. 열역학 제1법칙은 계에 가해진 에너지보다 어떠한 형태로든 더 많은 에너지를 얻을 수 없다는 것이다. 열역학 제1법칙은 에너지 보존에 관한 개념을 나타낸다.
열역학 제2법칙은, 고립계에서 총 엔트로피의 변화는 항상 증가하거나 일정하며 절대로 감소하지 않는다. 에너지 전달에는 방향이 있다는 것이다. 즉 자연계에서 일어나는 모든 과정들은 가역과정이 아니라는 것이다. 열역학 제2법칙은 사용할 수 있는 에너지가 모두 일로 바뀔 수 없다는 개념을 나타낸다.
이를 통해 확률개념을 도입함으로써 열역학이론에 대한 새로운 해석이 가능하게 되었다. 그 후 W.H.네른스트는 절대영도(0K)에서의 엔트로피에 관한 정리(네른스트의 열정리)를 발표했는데, 이 정리는 M. 플랑크에 의해 열역학 제3법칙으로 확립되었다.
열역학 제3법칙은, '계의 엔트로피는 절대온도가 0도에 접근할 때 일정한 값을 갖는다' 는 것이다
열역학은 이들 3개 주법칙과, 열평형 개념 성립에 관한 법칙(열역학 제0법칙이라고 한다)을 기초로 하여 구성된 이론체계로서 그 적용범위는 광범위하며 결과는 보편적이다. 이것은 열역학의 방법이 가지는 일반성에 관한 것으로 여러 영역에 이용되어 유용한 결과를 가져왔다. 그러나 한편으로는 현상론적인 성격에서 오는 한계도 있다.
열역학 제0법칙은, 한 물체 A와 각각 열평형 상태에 있는 두 물체 B와 C는 서로 열평형 상태에 있다. 온도계(A)로 B와 C의 온도를 측정했는데 같았다면 B와 C는 열평형 상태라고 한다.
참조항목맥스웰, 보일-샤를의 법칙, 에너지보존법칙, 절대온도역참조항목국부열역학평형, 기체분자운동론, 단열도표, 윌리엄 랭킨, 상태방정식, 상평형, 슈테판
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