재료공학도라면 열역학 법칙은 가장 기초적이며, 필수적으로 알아야 하는 법칙 중 하나입니다.
학교 시험에서 자주 등장하며, 취업 준비중이시라면 꼭 아셔야합니다.
열역학 제 0법칙 부터 제 3법칙까지 자세하고 간단하게 설명해드리겠습니다!
열역학 제 0법칙 (열적 평형)
온도가 다른 물체를 접촉시키면 높은 온도를 지닌 물체의 온도는 내려가고 낮은 온도의 물체의 온도는 올라가서 결국 두 물체는 열평형 상태가 된다.
이와 같은 상태를 열역학 제 0법칙이라고 한다.
즉, 열적으로 평형을 이루려고 함이라고 할 수 있다.
열역학 제 1법칙 (= 에너지 보존법칙)
에너지는 발생하거나 소멸하는 일 없이 열, 전기, 자기, 빛, 역학적 에너지 등 서로의 형태만 바뀌고 총량은 일정하다.
열과 일은 에너지의 한 형태로 일은 열로, 열은 일로 변환이 가능하다.
즉, 하나의 계가 가지고 있는 에너지는 형태만 바뀔 뿐 에너지의 총량은 일정하다는 것이다.
(에너지가 사라지거나 생성되지 않는다. 다만 형태가 변할 뿐이다.)
계 내에서 마찰 일어나면 역학적에너지 감소하고 열에너지 발생.
dU = 델q – 델w. dU는 상태함수, 델q와 델w은 경로함수.
경로에 관계없이 초기값과 최종값만 같다면 에너지 변화량은 동일
열역학 제 2법칙 (가역과 비가역의 법칙, 엔트로피 증가 법칙)
열의 이동을 생각할 때 열은 고온 측에서 저온 측으로 이동하나 그 이동 과정 중에서 열의 일부가 일로 전환.
열이 자연적으로 저온에서 고온으로 이동할 수 없다.
열기관이 동작유체에 의해 일을 발생시키려면 공급열원보다 더 낮은 열원이 필요하며 열효율이 100%인 기관을 만들 수 없다.
고립된 계에서는 엔트로피가 증가하는 현상만 일어나며 감소하지 않는다.
에너지의 형태 중에서, 엔트로피가 가장 높은 형태는 열의 형태이기 때문에, 모든 에너지는 궁극적으로 열이 된다.
다른 말로, 사용해버린 에너지(엔트로피가 높은 상태)를 같은 양의 엔트로피가 낮은 에너지로 다시 되돌리는 것은 불가능하다.
초전도체는 전기에너지와 자기에너지와의 관계에서 잃는 에너지 없이 변환된다. 열역학2법칙 성립X
열역학 제 3법칙
절대 영도에서 엔트로피는 0이 된다.
하지만 0K 이하의 온도는 불가능한 온도다.
즉, 절대 영도에 한없이 가까워지면 엔트로피 변화량은 무한히 0에 가까워진다.
