열역학기초 (energy law dimension)

1-1 열역학과 에너지

열역학(Thermodynamics)
: therme(열) + dynamics(동력)
열을 동력화하기 위한 학문

열역학: 현재 물질의 상태량 사이의
관계와 동력 생성
에너지 변환 에너지에 관한 과학 에너지: 변화를 일으킬 수 있는 능력

에너지 보존법칙
(Conservation of Energy Principle)

상호작용 중 에너지는 한 형태에서 다른 형태로 변할 수 있으나 에너지의 총량은 일정하다. 절벽에서 떨어지는 바위는 위치에너지가 운동에너지로 변환된 결과로 속도 증가 체중 증감

열역학 제1법칙
(First law of thermodynamics)

열역학에서의 에너지 보존법칙의 표현

에너지가 열역학의 상태량

열역학 제2법칙
(Second law of thermodynamics)

에너지의 질적인 측면
에너지의 질이 감소하는 방향 진행 덜 유용한 에너지화
열은 고온체에서 저온체로만 전달된다. 책상 위의 뜨거운 커피잔은 차가워지지만, 같은 책상 위에 있는 차가운 커피잔은 저절로 뜨거워지지 않는다.

열역학의 응용분야

에너지와 물질 사이의 상호작용을 수반하는 거의 모는 공학 분야
Air condition, Refrigeration,
Power plants, Car radiator, Engine,
Iron, Cooker, Microwave, etc.

1.2 차원 및 단위
(Dimension & Unit)

Primary Dimension:
   mass(M), length(L), time(T), temperature(K), electric current(A), amount of light(c),
   amount of matter(mol) Secondary Dimension:
   velocity(v), energy(E), volume(V), etc 차원 단위
length Meter (m)
mass Kilogram (kg)
time Second (s)
temperature Kelvin (K)
electric current Ampere (A)
amount of light Candela (c)
amount of matter Mole (mole)

Force (SI & BK)

Force = mass × acceleration
         F = ma
        
SI:  F = 1kg×1m/s2 = 1kg·m/s2 = 1N
BK: F = 32.1741lbm×ft/s2= 32.174lbm·ft/s2= 1lbf  

Energy

SI: 1 J(joule) = 1N·m BK: 1 Btu(British thermal unit)
         = 68°F의 물 1lbm을 1°F높이는데 필요한 에너지 1Btu = 1.055 kJ

차원의 동일성
(Dimensional Homogeneity)

In engineering, all equations must be dimensionally homogeneous. That is, every term in an equation must have the same unit.