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자세히 보면 처음에는 연소로 인한 연기가 보입니다. 하지만 시간이 지나면 연기는 더 이상 보이지 않습니다. 향수를 사용해 보신 적이 있나요? 방 안에 향수를 뿌려도 집 밖에 있는 사람들도 향수 냄새를 맡을 수 있습니다. 어머니께서 부엌에서 맛있고 먹음직스러운 음식을 만드시면 이웃집에서도 음식 냄새가 풍겨옵니다. 왜 그럴까요?
이 외에도 많은 예가 있습니다. 맑은 물이 담긴 유리잔에 잉크 몇 방울을 떨어뜨리면 잉크나 식용 색소가 물 전체에 고르게 퍼집니다. 이는 자동으로 일어나는 현상입니다. 앞서 언급한 예들은 일상생활에서 흔히 접하는 확산 현상입니다. 확산이란 물질이 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 과정입니다. 여기서 농도란 단위 부피당 물질의 분자 수/몰 수를 의미합니다. 농도가 높은 곳은 단위 부피당 물질 분자가 많은 곳이고, 반대로 농도가 낮은 곳은 단위 부피당 분자 수가 적은 곳입니다.
단원자 이상 기체의 에너지
단원자 이상 기체의 에너지는 단원자 이상 기체 분자들의 총 병진 운동 에너지입니다. 이상 기체 분자들의 총 병진 운동 에너지는 각 분자의 평균 병진 운동 에너지와 분자 수(N)의 곱과 같습니다. 수학적으로 표현하면 다음과 같습니다.
에너지 등분배 정리는 클러크 맥스웰이 통계 역학을 이용하여 이론적으로 도출한 정리입니다. 실험을 통한 증명이 없기 때문에 '정리'라고 불립니다. 에너지 등분배란 에너지가 균등하게 분배된다는 것을 의미합니다.
KE = 기체 분자의 평균 병진 운동 에너지 (줄)
k = 볼츠만 상수 = 1.38 x 10-23 J / K
T = 이상 기체 분자의 절대 온도(켈빈)
보일의 법칙, 샤를의 법칙, 게이뤼삭의 법칙
보일의 법칙
로버트 보일(1627-1691)은 기체의 압력과 부피 사이의 정량적 관계를 조사하기 위해 실험을 수행했습니다. 이 실험은 밀폐된 용기에 일정량의 기체를 넣는 방식으로 진행되었습니다. 그는 기체의 온도가 일정하게 유지될 때 기체의 압력이 증가하면 기체의 부피가 감소하고, 마찬가지로 기체의 압력이 감소하면 기체의 부피가 증가한다는 사실을 꽤 정확하게 파악했습니다. 즉, 기체의 압력은 기체의 부피에 반비례합니다. 이러한 관계를 보일의 법칙이라고 합니다. 수학적으로는 다음과 같습니다.
열역학 제2법칙의 구체적인 표현만으로는 모든 비가역 과정을 설명할 수 없으므로 일반적인 표현이 필요합니다. 이 일반적인 표현은 우주에서 일어나는 모든 비가역 과정을 설명할 수 있어야 합니다. 열역학 제2법칙의 일반적인 표현은 19세기 중반에 엔트로피(S)라는 물리량을 통해 정립되었습니다. 엔트로피는 클라우시우스가 처음 도입했으며, 카르노 사이클(완벽한 열기관)을 통해 공식화되었습니다. 클라우시우스에 따르면, 일정한 온도에서 시스템에 추가적인 열(Q)이 가해질 때 엔트로피 변화가 발생하며, 이는 다음 방정식으로 나타낼 수 있습니다.
냉각기의 성능 계수에 관한 기사
냉각기는 저온 영역에서 열을 흡수하여 고온 영역으로 전달하는 기계입니다. 이러한 과정이 일어나려면 기계가 일을 해야 하는데, 이는 열이 자연적으로 고온에서 저온으로 흐르기 때문입니다. 이는 클라우시우스의 법칙에 따른 것입니다.
냉각 장치가 일을 하지 않고 저온에서 고온으로 열을 전달하는 것은 불가능합니다 (열역학 제2법칙 - 클라우시우스 명제).
이 기계는 저온(Q)에서 고온(W)으로 열을 전달하는 작업을 수행합니다.L) 고온(Q)H에너지 보존 법칙에 따르면, QL + W = QH.
효율성을 높이는 방법을 알아보려면 열 프랑스 과학자 사디 카르노(1796-1832)는 1824년에 이상적인 이론적 열기관을 연구했습니다. 당시에는 열역학 제1법칙과 제2법칙이 아직 정립되지 않았습니다. 열역학 제1법칙이 정립되지 않은 이유는 과학자들이 열이 에너지라는 사실을 아직 알지 못했기 때문입니다. 1830년대에 줄과 그의 동료들이 실험을 통해 열은 온도 차이에 의해 이동하는 에너지라는 것을 발견했고, 그 결과 열역학 제1법칙이 1830년 이후에 정립되었습니다. 사디 카르노는 1824년에 이론적으로 이상적인 열기관을 연구했는데, 그의 연구는 사실상 증기기관의 효율을 높이기 위한 것이었습니다. 당시 대부분의 증기기관은 효율이 매우 낮았습니다.
