열역학 1법칙 문제

먼저 내부에너지는 상태함수이기 때문에 차이값을 뜻하는 △를 붙여야 하구요.

W의 부호에 대해서는 두가지 부호규약이 있습니다.

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△U=Q-W는 물리열역학에서 사용하는 부호규약으로 시스템이 하는 일, 즉 주위로 전달하는 값을 나타냅니다. 열은 시스템이 받는 값을 양수로 하면서 일은 반대로 한 것은 열역학의 발전과정과 관련된 것입니다. 열역학은 열기관을 연구하는 과정에서 발전되고 독립된 학문이 되었으므로 "열기관"을 기준으로 부호규약을 정한 것입니다. 아시다시피 열기관은 열을 받아 일을 생산(방출)하는 장치입니다.

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△U=Q+W 는 Q,W 모두 시스템이 받는 것을 양수로 나타내는 부호규약으로 화학열역학에서 사용됩니다.

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어느 부호규약을 사용하건 일관되게 사용하면 결과는 관계없지만, 그래도 주의깊게 사용할 필요는 있는 것 같습니다.

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△U=Q+W로 식이 되어 있다면 W는 시스템이 받는 값임을 의미합니다.

(a)는 주변에 양의 값의 일을 한다고 했으니 그 값은 마이너스로 표현해야 합니다. 풀이에서도 -2.0X10^3J로 마이너스를 붙였습니다.

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(b)는 내부에너지 감소량보다 열의 방출량이 많으므로 시스템이 일을 받아야 할 것입니다. 따라서 일의 절대값은 양수가 되어야 합니다. 이동경계일을 받는다는 것은 부피감소를 의미하기도 합니다. 즉 V2<V1

△V=V2-V1 < 0이 될 것이므로 W가 양의 값을 갖기 위해서는 P△V에 음의 부호가 붙어야 할 것입니다.

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그냥 부호규약에 따라 일관되게 풀면 그만이겠지만 혹시 실수할 수 있으므로 실제 과정과 일의 방향을 확인해보는 것도 좋을 것입니다. 그리고 문제에서는 △U=Q+W가 △U=Q-W로 변한 것이 아니고 실제 일의 방향을 고려하여 W의 부호가 정해진 것입니다.