열역학 상태가설에 대해 알려주세요

상태의 원리라고 하지요.

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간단히 말해서 시스템의 상태는 3개의 변수로 이루어져 있다는 의미입니다.

3개의 변수이므로 두개가 확정되면 나머지는 저절로 확정이 됩니다.

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예컨대 z = f(x,y) 와 같은 함수가 있다면 x,y값이 정해지면 z값도 정해집니다. x만 정해지면 z값은 아직 확정이 안됩니다.

만일 z,x가 정해지면 y가 특정값으로 확정이 되겠지요.

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상태식중 대표적인 이상기체 상태식을 한 번 보면요...

Pv=RT 인데 이 중 R은 기체상수이므로 빼고, P,v,T 세가지가 변수에 해당합니다.

이 중 두개를 정하면 나머지가 단일한 값으로 고정이 되게 됩니다.

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이상기체가 아니어도 이러한 원리는 같습니다.

이상기체식에서는 상태함수로 P, v, T를 예로 들었지만 열역학에서 보는 대부분의 변수들이 상태함수입니다.(예외: 열 Q와 일 W는 경로함수) 내부에너지 u, 엔탈피 h, 엔트로피 s, 깁스자유에너지 g, 헬름홀쯔 자유에너지 a, 그 외 비열같은 물성치도 사실은 일정한 값이 아니고 다른 상태량(주로 P,v,T의 함수로 표현)에 의해 변하는 값입니다.

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이 많은 상태량 중 P,v가 정해지면 나머지가 모두 유일한 값으로 정해집니다. 왜냐하면 이 모든 변수들이 서로 따로 노는 것 같지만 사실은 서로 밀접한 관계가 있기 때문입니다. s와 g가 정해지면 P,v,T,u,h,a 등 모든 것이 특정값으로 고정된다는 것이지요.

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이유는 결과적으로 변수가 바뀐다는 것은 좌표계의 변환에 불과하기 때문입니다. 수학에서 어떤 함수를 직교좌표 또는 극좌표로 변환할 수 있고 둘은 표현만 다를 뿐 실제로는 같은 함수가 된다는 것 생각하시면 됩니다. 하나의 상태량을 표현하는데 어떤 독립적 상태량을 사용할지는 임의적입니다. u = u(T,v)로 표현할 수도 있고, u = u(P,s)로 표현할 수도 있는 것이지요. (그런데 사실 특정 독립변수의 사용이 더 유용한 경우가 많습니다.)

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세기성질이라는 것은 "인텐시브 프라퍼티"의 번역표현으로 "익스텐시브 프라퍼티"와 대응됩니다. 세기성질/크기성질이라고도 하고 강성적상태량/종량적 상태량이라고도 합니다.

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세기성질은 시스템을 반으로 잘라도 그 값이 변하지 않는 물리량을 의미합니다.

예를 들어 온도,압력은 크기가 줄어도 달라지지 않습니다. 크기성질은 부피(V), 총 내부에너지(U)와 같이 반으로 나누면 그 값도 줄어드는 것을 말합니다. 이러한 크기성질도 질량 또는 몰로 나누면 세기성질이 됩니다.

즉 비체적(v), 비내부에너지(u)는 세기성질이 됨을 알 수 있습니다.

상태가설은 열역학에서 매우 중요한 개념 중 하나로, 간단히 말해서 순수한 물질로 구성된 압축 가능한 시스템의 상태는 두 개의 독립적인 세기성질 (예: 압력과 온도)로 완전히 규정될 수 있다는 가설입니다. 이것은 한 시스템의 상태를 정의하기 위해 특정 변수 세트가 필요하며, 이 세트는 '상태 변수'라고 불립니다. 상태 변수의 값을 알면 시스템의 모든 열역학적 성질을 유일하게 결정할 수 있습니다.

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상태가설에 의해, 예를 들어, 이상 기체의 경우 상태를 결정하는 데 필요한 세 개의 변수는 물질의 양, 압력, 온도, 그리고 부피 중 세 가지입니다. 선택된 세 변수에 따라 나머지 변수는 상태 함수로 표현되며, 이러한 상태 함수는 열역학의 법칙에 의해 특정 제약을 받습니다. 상태가 정의되면 해당 시스템의 내부 에너지, 엔트로피와 같은 다른 열역학적 성질도 정해지게 됩니다.

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이렇게 상태 변수가 시스템의 매크로 상태를 결정짓는 역할을 하기 때문에, 열역학에서는 이 변수들을 사용하여 물리적 시스템의 변화나 반응을 예측하고 분석할 수 있습니다. 상태 변수의 선택은 실험적 증거에 의해 일반적으로 결정되며, 시스템을 가장 효과적으로 설명할 수 있는 변수들을 선택하는 것이 중요합니다.