권*표 교수님

열역학에서 매우 중요한 질문을 해주셨습니다.

 

질문하신 식은 열역학 1법칙을 나타내는 식으로 어떤 과정이든 시스템이든 적용될 수 있습니다.

 

다만, 제가 등적과정에서 dV=0이 되면서 열량과 내부에너지가 같아진다고 하니 마치 부피가 일정한 상황에서만 이 식이 적용될 수 있을 것 같은 느낌이 드셨을 것 같습니다.

 

우선, 등적과정이 아닌 경우에도 이 식을 사용할 수 있는 이유를 설명드리겠습니다.

 

1. 등적과정이 아닌 경우:

   - δq = du + pdV 식은 열역학 제1법칙을 나타내는 식으로, 시스템에 가해진 열(δq)은 내부에너지의 변화(du)와 시스템이 한 일(pdV)의 합과 같다는 것을 의미합니다.

   - 이 식은 등적과정뿐만 아니라 모든 열역학적 과정에 적용될 수 있습니다.

   - 부피가 변하는 과정에서는 pdV 항이 0이 아니므로, δq ≠ du 입니다. 이 경우, 시스템이 한 일(pdV)을 고려해야 합니다.

 

2. 이상기체가 아닌 경우:

   - δq = du + pdV 식은 이상기체뿐만 아니라 실제 기체 및 다른 물질에도 적용될 수 있습니다.

   - 그러나 이상기체가 아닌 경우, 내부에너지(u)는 온도(T)뿐만 아니라 부피(V)와 압력(p)의 함수일 수 있습니다. 이는 실제 기체 분자 간의 상호작용 때문입니다.

   - 따라서 이상기체가 아닌 경우, 상태 방정식과 내부에너지 함수가 더 복잡해질 수 있습니다.

 

결론적으로, δq = du + pdV 식은 열역학 제1법칙을 나타내는 일반적인 식으로, 등적과정이 아니거나 이상기체가 아닌 경우에도 사용될 수 있습니다. 다만, 이상기체가 아닌 경우에는 상태 방정식과 내부에너지 함수가 더 복잡해질 수 있다는 점을 고려해야 합니다.  

• 2024-04-23
• 2024-12-12 수정