Thermodynamic (열역학 1법칙) 1 - 일, 열, 그 관계

열역학은 System을 기준으로 하기 때문에 system이 surrounding에 일을 하면 W < 0 이고,
system이 surrounding으로부터 일을 받으면 W > 0 이다.
따라서 ΔV > 0 이라면 부피가 늘어난 상황으로 바깥쪽에 일을 한 것이고, System 입장에서는 일이 빠져나간 것이다. 따라서 W = -PΔV로 표시한다.

kinetic Energy, potential Energy 말고도 우리에겐 internal Energy가 있다.
이 internal Energy는 사실 분자간 potential Energy, 분자의 kinetic Energy, 화학 결합에 저장되어 있는 chemical energy로 이루어져 있다고 할 수 있다. 일의 정의와 같이, 서로 다른 온도에 있는 두 물체가 주고받는 에너지의 양을 열(Heat)이라 정의한다. 혼동하기 쉬운 것이, 열이 어떤 물체에 내재하고 있는 물체처럼 생각할 수 있지만, 사실 열은 일처럼 System이 에너지를 교환하는 하나의 방식(way)인 것이다.
비열(specific heat capacity)은 1g의 주어진 물체의 온도를 1도 올리는 데 필요한 열량(heat)을 의미한다.

19세기 이전 물리학에서는 일과 열을 서로 분리된 것으로 보았다.
하지만 19세기 중반부터 J.R.마이어나 줄과 같은 과학자들에 의해 역학적 일과 열의 상관관계가 밝혀지고 이들간의 정량적 관계를 밝혀내기 시작한다.


위 동영상은 위치에너지가 물의 열량변화로 변환되는 것을 관찰한 줄의 실험이다.

ΔU = Q + W

여기서 Q와 W에 Δ가 붙지 않은 이유는 Q와 W는 에너지 전달량으로 자체를 말하기 때문이다. (State Function이 아니다) 하지만 그들의 합인 U는 State Function이다.

열역학은 증명되거나 도출된 것이 아니다. 수많은 실험을 통해 관찰된 결과이다. 그 결과는 일과 열의 합은 항상 일정하다는 것이었다.  system이 에너지가 변화하면, 그 에너지는 일이나 열 어느 형태로든 surrounding에 같은 양만큼 전해지고, 그 결과 전체 계의 에너지의 변화량은 계속 0으로 유지된다. 에너지는 보존된다.

ΔEuniv = ΔEsys + ΔEsur = 0

출처1. https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%97%90%EB%84%88%EC%A7%80_%EB%B3%B4%EC%A1%B4_%EB%B2%95%EC%B9%99