기초 열역학 (시스템 압력 온도)

1.3 밀폐 시스템과 개방 시스템 (Closed and Open Systems)

시스템 (System):
연구의 대상이 되는 공간 내의 영역이나 물질의 양
경계 (Boundary):
시스템의 주위와 분리되는 실제 또는 가상 표면
주위 (surroundings )

밀폐시스템 (Closed System)
검사질량 (Control Mass)

질량고정, 경계를 통한 질량 유출입없음
에너지 (열 또는 일 형태) 경계 통과 가능

고립시스템 (Isolated System)

밀폐계의 특수한 경우로 에너지도 경계를 통과할 수 없는 시스템

개방시스템, Open System
검사체적, Control Volume

질량유동을 포함하는 장치를 둘러싼 영역(압축기, 터빈 등)
질량과 에너지 검사면 (control surface) 통과

밀폐 시스템과 개방 시스템을 해석하는 관계식은 다름
따라서, 해석전 시스템의 형태를 알아내는 것을 매우 중요.

1-4 에너지의 형태
   (Forms of Energy)

열 , 운동, 위치, 전기, 자기, 화학, 원자력 에저지 등 다양한 형태

이들의 합 전 에너지 (total energy, E)
단위 질량당 시스템의 전 에너지, e. 열역학은 에너지의 절댓값 정보제공이 아니라, 전 에너지의 변화만 고려

에너지의 그룹

거지적 (macroscopic), 미시적 (microscopic)
거시적 형태 : 외부 좌표계 의존 (운동, 위치 에너지 등)
미시적 형태 : 시스템의 분자구조와 분자운동 관련 에너지
미시 에너지의 총합 : 내부 에너지 (internal energy), U

전에너지 (Total Energy)

Total energy of a system consists of the kinetic, potential, and internal energies.

고정시스템 :밀폐 시스템은 과정 동안 고정, 따라서 운동 및 위치에너지 변화 없음
전 에너지 변화 ΔΕ 는 내부 에너지 변화 ΔU와 같음

내부에너지의 물리적고찰

감지에저지 (Sensible Energy)
   : 분자운동에너지: 병진, 회전, 진동 에너지.
잠재에너지 (Latent Energy)
   : 시스템의 상과 관련된 내부 에너지 (액체에서 기체 상변화)
화학 또는 결합에너지(Chemical (Bond) Energy)
   : 분자 내 원자 결합 관련 내부 에너지
핵에너지 (Nuclear Energy)
   :원자 자체의 핵 내부 결합 관련 내부 에너지, 핵융합, 핵분열 정적 (static) 에너지 : 내부 에너지들. 시스템에 포함 또는 저장됨
동적인 (dynamic) 에너지 : 또는 에너지 교환 (energy interaction)
동적 에너지는 에너지가 시스템의 경계를 통과할 때 경계에서 확인됨. 과정 동안 시스템이 얻거나 잃는 에너지.
밀폐 시스템에서 두 가지 에너지 전달 : 열전달 (heat transfer), 일 (work)
일상생활에서 감지 및 잠재 형태의 내부 에너지를 열

1-5. 시스템의 상태량 (Properties of a System)

상태량 (property) : 압력, 온도, 질량, 체적, 점도, 탄성율 등
다른 상태량에 의해 정의 : 밀도 (m/V, kg/m3)
       비체적 (specific volume) v=V/m=1/ρ (kg/m3 )
강성적 (Intensive) 상태량: 시스템의 크기에 무관 (T, P, ρ)
종량적 (Extensive ) 상태량 : 시스템의 크기에 따라 변화 (질량 m, 체적 V, E)

1-6 상태와 평형 
(State and Equilibrium)

상태 : 어떤 변화도 하지 않고 있는 시스템에서 상태량이 고정된 값을 가짐.  
평형상태 (Equilibrium State): 군 형상태
시스템 내 불균형 잠재력 (구동력)이 없음.
시스템은 주위와 분리될 때 변화 일으키지 않음
열역학은 평형상태를 취급
Thermal, Mechanical, Chemical, …

1-7 과정과 사이클
(Process and Cycles)

과정 (Process):
한 평형상태에서 다른 평형상태로 변하는 것
경로 (Path):
과정 동안 시스템이 통과하는 상태의 연속 (궤적)

준평 형 과정 (Quasi-equilibrium process),
   준정적 과정 (Quasi-static):
국소적인 상태량의 변화가 거의 없도록 느린 과정.

두 가지 관점에 관심 (이상적인 과정)
해석의 용이
일 발생 장치 준평 형 과정에서 작동 시 가장 많은 일 전달

과정 선도 (Process diagrams)
과정을 가시화하는데 매우 유용
상태량이 좌표로 사용됨 : T, P, V 경로는 시스템이 통과하는 일련의 평형상태, 준평 형 과정에서만 의미.
비준 평형 과정에서는 상태 규정 안됨 특정한 상태량이 일정하게 유지되는 과정
접두어 (ISO-)
등온 과정 (isothermal process) : 온도 일정
정압 과정 (isobaric process) : 압력 일절
정적 과정 (isometric process) : 비체적 일정

사이클 (cycle): 시스템이 과정의 끝에서 다시 초기 상태로 되돌아 옴.
한 사이클에서 초기와 최종 상태가 동일

1-8 상태의 원리 
(State Postulate)

상태를 규정하기 위해서 일정한 수의 상태량만 규정.
즉, 시스템의 상태를 결정하기 위하여 필요한 상태량의 수는 상태의 원리에 의해 규정됨
** 각 상태량 독립
No electrical, magnetic, gravitational, motion, and surface tension effects from external force field.

1-9 압력 (Pressure)

단위면적당 유체에 의해 가해진 힘
기체와 액체에 해당 (고체 경우 응력 (stress)

Force per unit area(Pascal)
1 Pa = 1N/m2
Bar(bar) and Standard atmosphere(atm)
1 bar = 105 Pa =0.1 MPa = 100 kPa
1 atm = 101,325 Pa = 101.325 kPa
   =1.01325 bars
Lbm/in2, or psi , 1 atm=14.696 psi

1-10 온도 (Temperature)

수은온도계 : 온도에 따른 수은팽창에 근거
열적 평형 (thermal equilibrium) : 온도의 동일성
열역학 제0 법칙 : 두 물체가 제3 물체와 열적 평형에 있으면, 두 물체도 열적 평형에 있다.
제3 물에 온도계라면, 두 물체가 접촉하기 않더라도 두 물체의 온도 동일하면 두 물체는 열적 평형