권*표 교수님

앞에 나왔던 질문과 매우 비슷하여 아래와 같이 질문 내용을 첨부해드립니다. 질문해주신 예제의 경우 피스톤을 팽창시키기 위해 누군가가 계에 일을 했다는 것을 미루어볼 때 계의 입장에서는 일의 부호가 음수가 되는 것을 알 수 있을 겁니다. 하지만 이 과정에서 부피가 팽창하는 동안 내부에너지의 감소로 열의 부호가 음수로 계산되는 것을 볼 때 계가 외부로 열을 방출했었다는 것을 알게되는 것입니다. 일의 부호가 양수라고 항상 열의 부호 또한 양수라고 생각하는 것이 아니라 열역학 1법칙과 문제에서 주어진 상황을 바탕으로 계산된 결과를 가지고 상태를 해석하는 것이 맞겠습니다. 감사합니다.

 

 

[질문번호 1367]

밀폐계에서 계의 부피가 증가했다는 사실에 대해서 “계가 일을 했다”라고 생각할 수 있겠지만, “정압상태에 계로 열이 유입되었다” 라고도 생각할 수 있기 때문에 부피의 증가 또는 감소만으로 부호를 짐작하는 것은 위험할 수 있다고 생각합니다.

 

예로 들어주신 스팀터빈 (비록 개방계라 할 지라도) 예제의 경우, 1번에서 2번으로 상태가 변화하는 동안 (문제에서 주어지기를) 터빈이 외부로 1000 kW의 일을 했다고 명시가 되어있기 때문에 일항이 양수로 대입되어야 한다는 것을 알 수 있으실텐데요. 비록 계가 비록 일을 하면서 부피가 증가했음에도 불구하고, 엔탈피의 감소로 열이 오히려 음수값이 나온 것을 볼 때 꼭 부피의 증가가 일과 열의 부호를 양수로 가늠할 수 없다는 것을 알 수 있습니다. 

 

두 번째로 예를 들어주신 폴리트로픽 과정의 문제의 경우 밀폐계의 압축 과정에서 계로 일이 유입되었기 때문에 일은 음수부호로써 나오는 것이 당연해보이고, 부피가 감소하면서 증가하는 온도에 의해 열 유출이 생겼음을 계산된 부호로써 알 수가 있었습니다. 

 

학생분께서 여러 방면으로 자기 나름대로의 검토 방식을 열역학 법칙에 맞게 찾으시려는 의도는 좋아보이나 한 가지 변수만을 가지고 부호를 짐작하는 것은 부정확할 수 있습니다. 열역학 법칙에 대한 올바른 이해를 바탕으로 문제에서 주어지는 상황을 잘 읽고, 학생분께서 정하신 부호규약대로 값을 식에 대입하는 것만으로도 정확한 문제풀이가 될 수 있음으로 이해와 계산을 바탕으로 공부하시길 권유드립니다. 감사합니다.

• 2020-01-22
• 2024-12-12 수정