물리화학개론 | 기체와 열역학 제0법칙 - Gases and the Zeroth Law of Thermodynamics

 

 

 

TIP

 

 

1. 개요
2. 계, 주위, 상태
3, 열역학 제0법칙
4. 상태방정식
5. 편미분과 기체 법칙
6. 비이상 기체
7. 미분에 관한 추가 사항
8. 몇 가지 정의된 편미분

 

 

 

1 개요(Synopsis)

기본 정의(Definition)들 : 계(System), 주위(Surrounding), 상태(State)

계의 특성을 나타내는 거시변수(Macroscopic Variables), 변수들 사이의 수학 관계,

간단한 기체법칙(부정확하지만...), 복잡한 기체법칙(보다 정확하지만 ...),

실험으로 정한 인자들(Parameters)(물리적 의미가 있을 수도, 없을 수도 ...),

간단한 미적분 방법들

 

 

2 계(System), 주위(Surrounding), 상태(State)

계(System) : 관심의 대상 (The part of universe of interest)

 

주위(Surrounding) : 계를 제외한 우주의 나머지 모든 부분 (계 밖의 나머지 모든 것)(Everything else of universe except the system)

우주(Universe)=계(System)+주위(Surrounding)

 

계의 상태(State) : 현재의 모습, 상태,

상태를 묘사하는 방법 : 계의 모든 특성에 해당하는 값들을 나열하여 묘사(describe)한다.

 

(예) 어느 한 순수한 기체를 포함하는 계를 묘사하려면,

이 기체의 부피, 압력, 온도, 화학조성, 원자 혹은 분자의 수, 반응성 등과 같은 특성 값(Characteristics) (또는 측정값(Measurable)들을 나열한다.

 

평형상태(Equilibrium) : 계를 묘사하는 거시적 특성 값의 변화가 없는 상태, 또는 겉보기 변화가 없는 상태.

계의 특성 값들 중 가장 중요한 것 : 에너지(Energy) : 다른 모든 측정값들에 연관된다.

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열역학(Thermodynamics) : 다른 측정값들이 계의 에너지에 어떻게 연관되는지를 연구.

열의 이동(Heat movement)이라는 의미. 다른 측정값(특성 값)들 사이의 관계도 함께 연구.

계를 묘사하기 위하여, 먼저 화학적 특성보다는 물리적 특성을 사용하여 묘사한다.

계의 거시적 특성을 묘사하는데 단지 몇 개의 값들만 필요하다! : P, V, T, n

 

(1) 압력(Pressure, P) : 단위=기압(atm), 토아(torr=atm), ...

 

(2) 부피(Volume, V) : 단위=리터(L), 세제곱미터(=1000L), ...

 

(3) 온도(Temperature, T) : 단위=절대온도(K), 섭씨온도(℃), 화씨온도()...

1603년 Galileo가 물 온도계를 사용하여 처음으로 온도 측정을 시도

1714년 Fahrenheit가 수은 온도계를 사용하여 최초로 온도 측정 성공

1742년 Celsius가 물의 어는점과 끓는점을 기준으로 새로운 온도간격을 제시

1848년 톰슨(켈빈 경) : 기체의 상태 방정식으로부터 절대온도 개념 확립

 

(4) 물질의 양(Amount) : 단위=몰(mol)

 

계의 종류

(1) 고립계(Isolated System) : 주위와 물질 및 에너지를 교환하지 않는다.

우주는 하나의 거대한 고립계

고립계를 만들려면 외부와 단열시켜야 한다. : 단열계(Diabatic System)

 

(2) 닫힌계(Closed System) : 주위와 물질은 교환하지 않지만 에너지는 교환한다.

용기가 밀폐된 일반적인 실험장치

 

(3) 열린계(Open System) : 주위와 물질 및 에너지를 모두 교환한다.

용기의 뚜껑이 열린 실험장치

 

 

3 열역학 0-법칙 (The Zeroth Law of Thermodynamics)

열역학 1, 2, 3법칙이 성립된 이후에 온도의 정의에 대한 중요성을 인식하였다. ⇒ 열역학 영-법칙

 

온도 : 계를 이루는 입자들이 가지는 평균 운동 에너지(주의: 온도는 에너지의 한 형태가 아니다. 서로 다른 계가 가지는 에너지의 크기를 비교하는데 사용하는 인수이다.)

 

온도가 서로 다른 두 닫힌계를 접촉시키면, 열이 이동하여 (온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로) 온도가 같아진다.

 

열(Heat) : 온도 차이에 의하여 이동하는 에너지

열 평형(Thermal Equilibrium) : 온도 변화가 없다. 겉보기 열-이동이 없다.

열역학 영-법칙 : 만약 두 물체 A와 B가 열평형이고, 세 번째 물체 C가 A와 열-평형이면 C는 B와도 열-평형이다.(A와 B가 열-평형이고, B와 C가 열-평형이면, A와 C도 열-평형이다.)

 

열-평형은 계의 크기와는 무관하다.

계의 상태를 규정하는 변수들(상태 변수들)은 현재 값만이 중요하다. 지나온 경로는 중요하지 않다.

 

 

 

[물리화학]기체와 열역학 제0법칙 레포트