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과학자들은 비가역적인 열역학적 과정을 설명하기 위해 열역학 제2법칙을 정립했습니다. 열역학 제2법칙은 우주에서 어떤 과정이 일어날 수 있고 어떤 과정은 일어날 수 없는지를 설명합니다. RJE 클라우시우스(1822-1888)라는 과학자는 다음과 같이 말했습니다.
열은 당연히 고온의 물체에서 저온의 물체로 이동하며, 저온의 물체에서 고온의 물체로 이동하지 않습니다 (열역학 제2법칙 - 클라우시우스의 주장).
클라우시우스의 명제는 열역학 제2법칙의 특수 명제 중 하나입니다. 이 명제가 특수 명제라고 불리는 이유는 열 전달과 관련된 단 하나의 과정에만 적용되기 때문입니다. 이 명제는 다른 과정들과는 관련이 없으므로, 보다 일반적인 명제가 필요합니다. 열역학 제2법칙의 일반 명제를 도출하기 위한 연구는 열기관에 대한 연구를 기반으로 합니다. 따라서 먼저 열기관의 열에 대해 살펴보겠습니다.
논문: 열역학 과정: 등온, 단열, 등적, 등압
열역학적 과정에는 등온 과정, 등적 과정, 등압 과정, 단열 과정의 네 가지가 있습니다.
등온 과정 (일정한 온도)
등온 과정에서는 시스템의 온도가 일정하게 유지됩니다. 이론적으로 분석 대상 시스템은 이상 기체입니다. 이상 기체의 온도는 이상 기체의 내부 에너지에 비례합니다(U = 3/2 n RT). T가 변하지 않으므로 U도 변하지 않습니다. 따라서 등온 과정에 적용하면 열역학 제1법칙은 다음과 같이 됩니다.
열역학적 과정
열(Q)은 온도 차이로 인해 한 물체에서 다른 물체로 이동하는 에너지입니다. 시스템과 환경의 경우, 열은 온도 차이로 인해 시스템에서 환경으로 또는 환경에서 시스템으로 이동하는 에너지입니다. 시스템 온도가 주변 온도보다 높으면 열은 시스템에서 환경으로 흐릅니다. 반대로 주변 온도가 시스템 온도보다 높으면 열은 환경에서 시스템으로 흐릅니다.
열(Q)은 온도 차이로 인해 이동하는 에너지이고, 일(W)은 일을 통해 전달되는 에너지와 관련이 있습니다. 예를 들어, 시스템이 환경에 일을 하면 에너지는 시스템에서 환경으로 이동합니다. 반대로, 환경이 시스템에 일을 하면 에너지는 환경에서 시스템으로 이동합니다.
일의 원리 - 기계적 에너지
일-운동 에너지 정리는 알짜 일, 즉 알짜 힘이 한 일은 운동 에너지의 변화량과 같다는 것을 나타냅니다.
W net = TO t – TO o = 1⁄2 m(v t 2 – v o 2 )
순일 (W net ) = 작용하는 힘에는 보존력과 비보존력 두 종류가 있습니다. 따라서 순일은 보존력이 한 일과 비보존력이 한 일의 합으로 볼 수 있습니다.
W c + W nc = ΔKE
보존력이 한 일 위치 에너지
수직으로 위쪽으로 움직이다가 최고 높이에 도달한 후 처음 위치로 돌아오는 물체를 관찰해 봅시다. 물체가 수직으로 위쪽으로 움직일 때, 중력은 물체에 대해 음의 일을 합니다. 물체가 위쪽으로 움직이면 높이가 증가하므로, 물체의 중력 위치 에너지도 증가합니다. 따라서 중력이 한 음의 일은 물체의 중력 위치 에너지(PE) 증가량과 같다고 결론지을 수 있습니다.
보수 세력과 비보수 세력
1. 보수 세력
1.1 무게(w)
수직으로 위쪽으로 움직여 최고 높이에 도달한 후 다시 처음 위치로 내려오는 물체를 관찰해 봅시다. 물체가 높이 h만큼 수직으로 올라갈 때, 무게는 변위 방향과 반대 방향으로 작용합니다. 따라서 무게는 물체에 대해 음의 일을 합니다.
W = wh (cos 180 ° ) = – wh = – mgh
물체가 최고 높이에 도달한 후, 초기 위치로 h만큼 하강합니다. 하강하는 동안 무게는 변위 방향과 같은 방향입니다. 따라서 무게는 양의 일을 합니다.