화학공학 열역학 기초 (1)

눈에 보이지 않는 열을 다루는 학문인 열역학. 그만큼 굉장히 어렵죠.

엔탈피, 엔트로피,, 생각만 해도 골치가 아파오는데요.

이번 포스팅은 열역학의 기초를 다뤄보는 시간을 가지도록 하겠습니다.

교재는 McGraw-Hill 사의 화학공학열역학 7th 을 이용하겠습니다.

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기본적으로 SI 유닛을 사용해서 앞으로 나아가도록 할 예정입니다.

매우 기초부터 진행하도록 하겠습니다.

열역학 제 0법칙은 "A=B, A=C 이면 B=C이다." 너무 당연한 이야기입니다.

열적 평형상태를 의미하는 법칙입니다.

온도의 존재를 증명하는 법칙이며, 너무 당연해서 조금 늦게 법칙에 추가된 나머지 0법칙이 되었다고 합니다.

열역학 제 1법칙은 "에너지 보존법칙"입니다. 

에너지 총량은 일정하고 다른 형태로 존재한다는 겁니다.

닫힌계(Closed system)에서, 내부 에너지는 열과 일의 형태로 있습니다.

 ΔU = Q + W 

미소변화에 대하여,

 d U = d Q + d W 

내부 에너지의 단위는 Cal, J 을 주로 사용합니다.

칼로리는 4.184 J로, 물 1kg이 1'C 올라가는데 필요한 에너지의 크기라고 하며, 줄(James P. Joule)의 교반기 실험으로 열은 에너지고, 운동은 열로 변환될 수 있다고 증명되었습니다.

자 여기서, 일(Work)은 힘 × 이동거리 입니다. 

미소변화에 대해,

d W = F d L

조금 변화를 주면,

d W = - P A d V/A

가 되죠. 압력(Pressure)은 단위면적(Area) 당 힘(Force), 부피(Volume)는 세제곱, 면적은 제곱이기 때문에 일로 나옵니다. 가해지는 방향이 반대이기 때문에 -가 붙게 됩니다.

면적은 분모 분자가 만나 1로 되어서,

 d W = -P d V 

라는 공식이 완성됩니다.