열역학 제1법칙 등압과정 질문

열역학 제1법칙 등압과정 질문

작성일 2024.04.07댓글 2건
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물리 1 공부를 하다가 궁금한것이 생겨서 질문 합니다.
열역학 과정 중 등압과정에 대한 질문인데 등압과정일때엔 열을 받으면 압력이 일정하면서 부피가 변하는 것으로 알고 있습니다. 그런데 Q=ΔU+PΔV 이 식에서 압력이 일정하다면 P가 일정하다는 것이고 그렇다면 변하는 것은 ΔV뿐입니다. 하지만 P는 온도T에 비례하고 U도 T에 비례한다고 알고 있는데 그렇다면 P가 일정하려면 온도변화가 없어야 하고 그렇게 된다면 U도 똑같이 일정하여 받은 열이 모두 부피변화로 쓰이게 되는 Q=ΔV가 되어야 하는 것 아닌가요?


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profile_image 익명 작성일 -

이상기체(ideal gas)에서 P와 T가 비례하는 것은 v가 일정한 정적과정인 경우입니다.

지금 정압과정이라고 해 놓고 왜 정적과정에서 성립하는 조건을 가져오시나요? 여기서 오류가 발생한 것입니다.

그리고 이상기체의 내부에너지는 온도만의 함수인데 (du=CvdT) 주의할 것은 여기서 비열도 상수가 아니고 이상기체의 경우는 온도만의 함수입니다. du=Cv(T)dT

좁은 온도범위에서는 Cv를 상수로 보기도 하는데 이처럼 비열이 상수인 이상기체를 완전기체(perfect gas)라고 합니다.

여기서는 비열은 상수로 보고 내부에너지는 온도에 비례한다고 보면 Q=△U + P*△V 는 맞습니다.

체적변화가 있는 경우(△V ≠ 0)는 진공으로의 팽창(P_ext = 0)이 아니라면 경계일은 0일수 없습니다. 체적변화는 진공을 제외하고는 항상 일을 수반한다고 이해하시면 됩니다.

그리고 온도변화가 없는 것은 등온과정입니다. 등온과정은 받은 열이 모두 일(이동경계일)로 전환이 되는 것입니다.

결과적으로 질문자께서는 정압과정인데 정적과정의 조건, 등온과정의 조건들을 모두 적용하려고 하는 것입니다. 어떤 과정이 동시에 두가지 이상의 과정일 수는 없습니다. 순차적으로 여러과정일 수는 있지만요. 정압 후 정적 후 등온과정처럼 차례대로 여러과정을 거칠 수는 있으나 정압과정인데 동시에 정적과정이거나 등온과정인 그런 과정은 있을 수 없습니다.

그리고 Q=ΔV라는 식은 그 자체로 오류입니다. 등호,덧셈,뺄셈으로 이어진 각 항은 모두 같은 단위차원을 가져야 합니다. Q는 줄[J] 단위이고 ΔV는 입방미터[m^3]이므로 등호로 연결될 수 없습니다.

(이런 사실을 잘 이용하면 문제를 해결하는데 도움이 됩니다.)

profile_image 익명 작성일 -

PV/T = nR

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