열역학적 성질
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1. 본문
열역학적 성질은 열역학 시스템의 상태를 설명하는 물리량입니다. 크게 강성적 성질(intensive property)과 종량적 성질(extensive property)로 나뉩니다.
1. 강성적 성질 (Intensive Property):
- 시스템의 크기나 질량에 무관한 성질입니다.
- 예시: 온도, 압력, 밀도, 비체적(specific volume) 등
- 단위 질량 당 종량적 성질로 표현 가능 (예: 비체적 = 체적 / 질량)
2. 종량적 성질 (Extensive Property):
- 시스템의 크기나 질량에 비례하는 성질입니다.
- 예시: 질량, 체적, 에너지, 엔트로피, 엔탈피 등
- 두 시스템을 합치면 종량적 성질의 값도 합쳐집니다. (예: A 시스템 질량 1kg + B 시스템 질량 2kg = 전체 질량 3kg)
열역학적 성질의 중요성:
- 열역학 시스템의 상태를 정의하고, 변화를 기술하는 데 필수적입니다.
- 열역학 제1법칙(에너지 보존 법칙)과 제2법칙(엔트로피 증가 법칙)을 이해하고 적용하는 데 사용됩니다.
- 열역학적 과정(등온, 단열, 등압, 등적 과정 등)을 분석하고 예측하는 데 활용됩니다.
주요 열역학적 성질:
- 압력 (Pressure): 단위 면적당 작용하는 힘
- 온도 (Temperature): 물질의 뜨겁고 차가운 정도를 나타내는 척도
- 체적 (Volume): 물질이 차지하는 공간의 크기
- 내부 에너지 (Internal Energy): 시스템 내부에 저장된 에너지의 총량
- 엔탈피 (Enthalpy): 내부 에너지와 압력, 체적의 곱을 더한 값 (H = U + PV)
- 엔트로피 (Entropy): 시스템의 무질서도 또는 불확실성의 정도
- 깁스 자유 에너지 (Gibbs Free Energy): 일정한 온도와 압력에서 시스템이 수행할 수 있는 최대 유용한 일 (G = H - TS)
참고:
- 열역학적 성질은 상태 함수(state function)입니다. 즉, 시스템의 현재 상태에만 의존하며, 그 상태에 도달하기까지의 경로에는 무관합니다.
- 열역학적 성질 중 일부는 다른 성질로부터 유도될 수 있습니다. (예: 엔탈피, 깁스 자유 에너지)
| 열역학적 성질 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| 정의 | 어떤 계(System)의 열역학적 상태를 나타내는 물리량 |
| 설명 | 열역학적 계의 거시적인 상태를 나타내는 물리량으로, 계의 에너지, 엔트로피, 압력, 부피, 온도, 화학 퍼텐셜 등을 포함한다. |
| 종류 | |
| 상태 함수 (State function) | 계의 현재 상태에만 의존하며, 과거 이력이나 경로에 무관한 열역학적 성질이다. |
| 경로 함수 (Path function) | 계의 상태 변화 과정에 따라 값이 달라지는 열역학적 성질이다. |
| 상태 함수의 예시 | |
| 에너지 (Energy, U) | 계가 가지고 있는 총 에너지 |
| 엔탈피 (Enthalpy, H) | U + PV (압력 * 부피) |
| 엔트로피 (Entropy, S) | 계의 무질서도 |
| 깁스 자유 에너지 (Gibbs Free Energy, G) | H - TS (온도 * 엔트로피) |
| 헬름홀츠 자유 에너지 (Helmholtz Free Energy, A) | U - TS |
| 압력 (Pressure, P) | 계가 외부로 미는 힘 |
| 부피 (Volume, V) | 계가 차지하는 공간 |
| 온도 (Temperature, T) | 계의 뜨겁고 차가운 정도 |
| 화학 퍼텐셜 (Chemical Potential, μ) | 계의 입자 수를 변화시킬 때 필요한 에너지 |
| 경로 함수의 예시 | |
| 일 (Work, W) | 계가 외부에 한 일 |
| 열 (Heat, Q) | 계와 외부 사이의 온도 차이에 의해 전달되는 에너지 |
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