열역학
제2편 열역학
한국폴리텍대학 서울정수캠퍼스 지능형에너지설비과 최재영 교수
(건축기계설비기술사, 공조냉동기계기술사)
제3장 이상기체
3-7 기체의 상태변화
이상기체가 가역적으로 상태변화를 할 때, 온도, 부피, 압력 중에서 어느 한 상태량이 일정하게 유지된다면 이상기체의 상태식에서 나머지 두 상태량의 변화 관계를 알 수 있다. 그러나 열의 출입이 완전히 막히거나 그것이 불완전한 경우에는 상태변화에 대한 관계는 이상기체의 상태식만으로 알 수 없다.정지된 이상기체에 열량 Q를 공급함으로써 기체가 상태 ①에서 ②로 가역변화를 하여 그 동안에 외부에 대해서 W의 일을 한다고 할 때, 이 이상기체의 대표적인 상태변화에 대한 관계식을 구해 보자.
<그림 1-5> 이상기체의 상태변화
(1) 등온변화(Isothermal Change)
일정한 온도를 유지하고 부피와 압력을 변화시키는 과정을 등온과정(等溫變化)이라 하고, 이러한 변화를 등온변화라고 한다. 온도가 일정하기 때문에 기체나 물질의 내부에너지는 변하지 않으므로 계에 흡수된 열은 계가 한 일과 같아야만 한다. 첫 번째는 압력을 일정하게 하고 부피를 변화시키면, 이상기체가 한일은 부피가 증가함에 따라 양의 값을 갖고, 부피가 감소하면 음의 값을 갖는다. 두 번째는 부피를 일정하게 유지하고 압력을 변화시키면, 이상기체가 한일은 0, 즉 아무런 일도 하지 않는다. 세 번째는 압력과 부피를 동시에 변화시킬 경우 부피가 증가하면 압력은 감소하여 이상기체가 한 일은 양의 값을 갖는다. 반대로 부피가 감소하면 압력은 증가하므로 이상기체가 한 일은 음의 값을 가지며, 압력과 부피는 반비례 관계가 있다.
기체가 상태 ①에서 상태 ②까지 등온팽창 할 때에 부피는 V₁에서 V₂로 변하므로 팽창에 의하여 외부에 하는 일에 상당하는 열량은 외부로부터 공급받아야 하며, 따라서 기체에 공급된 열량은 모두 외부로 변환될 수 있다.
또, 등온압축에서는 기체에 가해진 일을 전부 열로 변환하게 되므로, 등온압축을 하기 위해서는 외부로부터 가해진 일에 상당하는 열량만큼 기체로부터 열량을 제거해야 한다.
상태변화에서 압력이 P일 때 열량 dQ의 공급으로미소부피 dV만큼 팽창하였다고 하면 dQ=APdV, dW=JdQ=PdV의 관계가 성립하며, 이때의 일과 열량은 각각 다음 식으로 표시된다.
V2/V1을 부피비 또는 팽창비라 하며, P1/P2를 압력비라고 하고, P-V선도에서 빗금 친 부분은 등온팽창 할 때의 일을 나타낸다.
중략...
월간 에너지관리 2026년 9월호 게재
열역학
제2편 열역학
한국폴리텍대학 서울정수캠퍼스 지능형에너지설비과 최재영 교수
(건축기계설비기술사, 공조냉동기계기술사)
제3장 이상기체
3-7 기체의 상태변화
이상기체가 가역적으로 상태변화를 할 때, 온도, 부피, 압력 중에서 어느 한 상태량이 일정하게 유지된다면 이상기체의 상태식에서 나머지 두 상태량의 변화 관계를 알 수 있다. 그러나 열의 출입이 완전히 막히거나 그것이 불완전한 경우에는 상태변화에 대한 관계는 이상기체의 상태식만으로 알 수 없다.정지된 이상기체에 열량 Q를 공급함으로써 기체가 상태 ①에서 ②로 가역변화를 하여 그 동안에 외부에 대해서 W의 일을 한다고 할 때, 이 이상기체의 대표적인 상태변화에 대한 관계식을 구해 보자.
<그림 1-5> 이상기체의 상태변화
(1) 등온변화(Isothermal Change)
일정한 온도를 유지하고 부피와 압력을 변화시키는 과정을 등온과정(等溫變化)이라 하고, 이러한 변화를 등온변화라고 한다. 온도가 일정하기 때문에 기체나 물질의 내부에너지는 변하지 않으므로 계에 흡수된 열은 계가 한 일과 같아야만 한다. 첫 번째는 압력을 일정하게 하고 부피를 변화시키면, 이상기체가 한일은 부피가 증가함에 따라 양의 값을 갖고, 부피가 감소하면 음의 값을 갖는다. 두 번째는 부피를 일정하게 유지하고 압력을 변화시키면, 이상기체가 한일은 0, 즉 아무런 일도 하지 않는다. 세 번째는 압력과 부피를 동시에 변화시킬 경우 부피가 증가하면 압력은 감소하여 이상기체가 한 일은 양의 값을 갖는다. 반대로 부피가 감소하면 압력은 증가하므로 이상기체가 한 일은 음의 값을 가지며, 압력과 부피는 반비례 관계가 있다.
기체가 상태 ①에서 상태 ②까지 등온팽창 할 때에 부피는 V₁에서 V₂로 변하므로 팽창에 의하여 외부에 하는 일에 상당하는 열량은 외부로부터 공급받아야 하며, 따라서 기체에 공급된 열량은 모두 외부로 변환될 수 있다.
또, 등온압축에서는 기체에 가해진 일을 전부 열로 변환하게 되므로, 등온압축을 하기 위해서는 외부로부터 가해진 일에 상당하는 열량만큼 기체로부터 열량을 제거해야 한다.
상태변화에서 압력이 P일 때 열량 dQ의 공급으로미소부피 dV만큼 팽창하였다고 하면 dQ=APdV, dW=JdQ=PdV의 관계가 성립하며, 이때의 일과 열량은 각각 다음 식으로 표시된다.
V2/V1을 부피비 또는 팽창비라 하며, P1/P2를 압력비라고 하고, P-V선도에서 빗금 친 부분은 등온팽창 할 때의 일을 나타낸다.
중략...
월간 에너지관리 2026년 9월호 게재