기체의 자유팽창, 이종기체의 혼합 - 비가역 과정의 예

기체의 자유팽창

예시

가정

1. 전체 부피가 V로 일정한 단열 용기 내 격막이 있다.

2. 처음 1상테에서 격막의 왼쪽에만 이상기체가 존재하고 격막의 오른쪽은 진공상태이다.

3. 과정 중 격막이 제거되고 나중 2상테에서 이상기체는 용기 전체로 자유팽창 후 열역학적평형상태가 된다.

4. 이상기체를 경계가 팽창하는 밀폐계로 보고 과정 중 비열은 일정하다.

출처: https://syssurr.tistory.com/209 [System & Surroundings ]



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마찰 - 비가역 과정의 예

예시 1

가정 

1. 파란색 물체를 계로 정한다.

2. 물체의 처음 온도는 주위와 열적 평형을 이룬 상태이고 

물체의 처음상태의 온도는 주위의 온도와 같다.

3. 물체가 중력에 의해 빗면을 따라 내려온다.

4. 물체와 빗면 사이 마찰력이 발생해서 과정 중 마찰열 Q가 발생한다.

출처: https://syssurr.tistory.com/206 [System & Surroundings ]

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가역과정 비가역과정 reversible and irreversible process

1. 가역과정 reversible process

주위에 어떠한 흔적도 남기지 않고 다시 거꾸로 되돌릴 수 있는 과정이다.

• 내적 가역 internally reversible

- 과정 동안 계의 경계 내에서 비가역성이 일어나지 않는 과정이다.

- 내적 가역 과정 동안에는 계는 평형상태이며 그 과정을 되돌릴 때에도 마찬가지다.

- 내적 가역 과정은 어느 과정과 그 과정을 되돌리는 과정의 경로가 일치한다.

- 준평형 과정은 내적 가역과정의 한 예이다. 

출처: https://syssurr.tistory.com/159 [System & Surroundings ]


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영구기관 perpetual motion machine

영구기관 perpetual motion machine

1. 정의

영구운동기관은 자연법칙을 위반한 운동기관으로서 한번 시동시키면 영구히 작동하는 이상적인 운동기관을 말한다.

열역학적 기관의 성능은 열역학 제1, 2법칙으로부터 제한을 받는데 열역학 제1법칙을 위배하는 기관이 제1종 영구기관이며 열역학 제2법칙을 위배하는 기관이 제2종 영구기관이다.

2. 종류

• 제1종 영구기관(에너지 창조기관)

입력 에너지 보다 출력에너지가 더 많은 기관, 즉 에너지 공급 없이 스스로 에너지를 창조해 가면서 영구히 작동하는 운동기관이다.

열기관의 효율은 100%가 넘게 된다.

출처: https://syssurr.tistory.com/152 [System & Surroundings ]


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열역학 제2법칙의 두 서술 Kelvin-Planck Statement Clausius Statement

열역학 제2법칙의 두 서술 

Kelvin-Planck Statement Clausius Statement

1. 켈빈-플랑크 서술 Kelvin-Planck statement (열기관 관련 서술)

켈빈-플랑크 서술 Kelvin-Planck statement 위반

• 어떠한 기구도 사이클을 이루어 작동하면서 하나의 열저장조로부터만 열을 받아 정미일을 생산해 내는 것은 불가능하다.

즉

열효율이 100%인 열기관은 없다.

원동소(power plant)가 작동되기 위해서 작동유체는 가열로뿐만 아니라 주위 환경과도 열교환이 있어야 한다.

100%의 열효율이 불가능한 것은 이상적인 조건이든 실제 조건이든 모두에 적용된다. 즉 마찰이나 다른 손실(비가역성) 때문이 아니다.

출처: https://syssurr.tistory.com/126 [System & Surroundings ]


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열역학 제2법칙 개요 등

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열역학 제2법칙 개요 등

1. 열역학 제2법칙 개요

• 과정은 특정한 방향으로만 일어나고 거꾸로 되돌리는 방향으로는 일어나지 않는다. (가역과정 제외)

• 과정은 열역학 제1법칙과 열역학 제2법칙을 모두 만족하여야 일어난다.

• 열역학 제2법칙은 에너지가 양 quality 뿐만 아니라 질 quality 도 있음을 나타낸다.

• 공학자에게 중요한 것은 에너지의 양이 아니라 에너지의 질을유지하는 것이다.

• 전체 에너지량은 같더라도 낮은 온도를 가진 에너지보다 같은 양이더라도 더 높은 온도를 가진 에너지가 일로 변환되는 양이 많으므로 높은 온도를 가진 에너지가 좋은 질을 갖는다.

• 열역학 제2법칙은 열기관이나 냉동기 같은 공학시스템의 성능에 대한 이론적인 한계를 결정하는 데에도 적용된다.

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