에너지 화학 | 에너지의 기본 원리

 

 

 

넓은 의미에서 에너지는 일을 할 수 있는 능력이다. 어떤 물체가 E라는 크기의 일을 할 수 있는 상태에 있을 때, 이 물체는 E라는 크기의 에너지를 갖고 있다고 말한다. 높은 곳에 있는 물체는 물리적인 의미에서 그 높이에 상응하는 위치에너지를 갖고 있으며, 또 움직이고 있는 물체는 그 속도에 의해서 결정되는 운동에너지를 갖고 있다고 한다. 자연계에는 물질 내에 보유되어 화학 변화에 따라 방출되는 화학에너지, 원자핵의 변환에 따라 생기는 원자에너지를 비롯하여 열에너지 그리고 전자기적 에너지 등 여러 가지 물리적 상태에 따라서 그 크기가 결정되는 많은 에너지가 있다.

 

1. 에너지와 힘의 정의

에너지의 단위는 일의 단위와 마찬가지로 보통 erg 또는 J(Joule)을 사용한다. 열에너지(열량)에 관해서는 관용적으로 cal(칼로리)가 사용된다. 또 원자 물리학이나 소립자 물리학 등의 학문에서는 입자의 에너지 상태를 나타내는 경우에 보통 eV 또는 MeV의 단위가 사용된다.

 

에너지 형태는 화학물질, 빛, 열, 소리, 전기적인 것, 기계적인 것 등을 포함한다. 이들 모든 형태의 에너지는 물체를 움직일 수 있다. 가끔 에너지와 혼동되는 밀접한 관계에 있는 용어는 사용된 에너지에 대한 능률인 힘이다. 힘은 cal/s 또는 Joule/s와 같이 시간당 사용된 에너지 단위로 나타낸다.

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2. 에너지 보존의 법칙

열역학 제 1법칙은 에너지 보존의 법칙으로 에너지는 한 형태로부터 다른 형태로 전환할 수 있으나 창조 또는 소멸되지는 않는다는 것이다. 이 법칙에 의하여 우리는 “우주에 있는 총 에너지는 일정하다”라고 말할 수 있다. 에너지는 일정하게 한 종류에서 다른 종류로 전환되지만 총 에너지는 같다.

 

에너지는 창조되지는 않지만 상호간에 변환될 수는 있다. 예를 들면 높은 곳에 있는 물의 위치에너지는 낙하함으로써 운동에너지로 변하고 이것으로 발전기를 회전시키면 전기에너지로 변환된다. 그리고 전기에너지는 전동기를 통해서 운동에너지로 변하고, 전열기나 전등 등을 통하여 열에너지나 빛에너지로 변한다. 또 물질의 화학적 변화에 의해서 생긴 열에너지가 기계적 에너지 또는 전기적 에너지로 변환되고 있다.

 

에너지의 효율은 에너지 변환 장치에서 에너지의 변환율을 나타낸 것인데, 에너지의 상호 변환은 완전하지 않다. 효율이 100%에 가까운 것은 수력 발전기 정도이고 원동기의 열 기관은 받아들인 에너지 중에서 불과 35%만이 기계적인 동력, 즉 운동에너지로 변환될 따름이다. 일반적으로 열역학 제 1법칙에 의하여 에너지는 그 형태를 바꾸어도 변환의 전후를 통해서 그 총량은 변하지 않고 유지되지만, 제 2법칙에 의하여 그 상호 변환은 반드시 가역적이 아니다.

 

 

 

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