신군의 역학사전

이전 포스팅까지해서 열역학 1법칙과 적용사례를 정리했다. 에너지 보존법칙(열역학 1법칙)만으로는 자연계에서 일어나는 과정의 반응의 방향성과 실질적 효율의 한계를 설명하기에 부족하므로, 이를 보완할 새로운 열역학 법칙의 도입이 필요하다. 이번 게시글에서는 열역학 2법칙에 대한 내용을 정리해보겠다. 열역학 2법칙의 서술(Statements of the Second Law)열역학 2법칙은 엔트로피 개념을 통해 자연계의 자발적 과정의 방향성과 비가역적 손실을 규정하는 법칙으로, 여러 관점에서 다양한 서술법이 제시되어 있지만 모두 동일한 본질을 다룬다. 이에 대해 자세히 정리해보면 아래와 같다.1. 클라우지우스 서술(Clausius Statements of the Second Law)It is impossible..

앞선 게시글에서 열린계에서의 에너지 보존 방정식, 즉 열역학 1법칙에 대한 내용을 정리했다. 이번 게시글에서는 실제 열역학적 사이클 혹은 시스템을 구성하는 다양한 컴포넌트들에 대해 이를 적용해보는 예시들을 정리해보겠다. 대부분 정상상태(Steady-State)를 가정하므로, 아래의 수식을 간소화하는 형태가 되겠다.1. 노즐 & 디퓨저(Nozzle & Diffuser)노즐과 디퓨저는 유체의 속도와 압력을 조절하기 위해 단면적을 변화시켜 사용하는 장치로, 노즐은 단면적을 줄여 작동유체의 속도를 높이고, 디퓨저는 단면적을 넓혀 작동유체의 속도를 줄이는 역할을 수행한다. 이는 연속방정식(Av=constant)로부터 알 수 있고, 추가로 베르누이 방정식에 따라 속도와 압력은 반비레 관계로 변화하게 된다.따라서 이..

1. 검사체적 이론(Control Volume Theory)앞서 계의 종류에 대해 정리했었고, 밀폐계(Closed System)에 대한 열역학 1법칙에 대해 알아본 바가 있었다.https://ymechanics.tistory.com/entry/Introduction-For-Thermodynamics 열역학 개요 (Introduction For Thermodynamics)0. 들어가기에 앞서. . .열역학(Thermodynamics)라는 과목은, 재료공학, 화학공학, 기계공학, 물리학과, 대기과학과 등 다양한 이공계열 학과에서 배우는 과목이지만, 학과별로 다루는 내용이 다 다릅ymechanics.tistory.comhttps://ymechanics.tistory.com/entry/%EB%B0%80%ED%8..

1. 폴리트로픽 과정(Polytropic Process)폴리트로픽 과정은 열역학에서 기체의 상태 변화 과정을 설명하는 모델 중 하나로, 아래의 관계식을 만족하는 과정을 지칭한다. 여기서 P는 압력, V는 부피, n은 폴리트로픽 상수를 의미한다. 폴리트로픽 과정은 다양한 열역학적 과정들을 포괄할 수 있는 범용적인 모델로, n의 값에 따라 다양한 특성을 보이며, pv 선도는 아래와 같이 나타난다.1-1. 등압 과정(Isobaric Process) : n=0n=0인 경우, 등압과정을 의미한다. 가장 간단한 부분이지만 V의 거듭제곱항이 0이 되므로 V^n은 1이 되고, 따라서 P=const하다는 결론이 도출된다.1-2. 등적 과정(Isometric Process) : n=infinityn의 값이 양의 무한대, ..

1. 비열(Specific Heat)의 정의비열은 어릴적 초등학굔지 중학굔지.. 과학시간에도 짧막하게나마 배웠던 개념으로, "1도 올리는데 필요한 열량"정도로 개념만 간단하게 배우고 지나쳤던 기억이 있다. 당시엔 비열은 하나의 상태량이다, 물질의 성질이다 정도의 가벼운 개념만 알고 넘어갔었는데, 사실 그때와 비교해서 내용적인 차이점은 크게 없다. 단지, 그때 배웠던 추상적인 개념을 관계식으로 정리하는 정도. 따라서 비열은 아래와 같이 정의할 수 있다.이를 질량당 혹은 몰당 비열로 정의하면 각각 다음과 같다.열역학적 상태량은 앞서 P-V-T 선도(Relation)에서도 정리했듯, 온도, 압력, 부피 중 대게 2가지의 변수를 선택하여 기술되곤 했는데, 지금은 온도는 변해야하는 상황이기 때문에, 압력과 부피가..

1. 이상기체(Ideal Gas)이상기체는 실제 기체의 거동을 단순화하여 설명하기 위해 만들어진 이상적인 모델로, 아래와 같은 가정을 기반으로 한다. - 입자의 크기 무시 가능 - 완전 탄성충돌(충돌시 에너지 손실이 없음) - 분자간 상호작용X - 무작위(Random) 운동 당연히 현실에서 이상기체가 존재하지 않지만, 분자간의 상호작용이나 분자의 물리적인 크기가 유의미할 정도로 기압이 높지않거나 이를 무시할정도로 높은 내부에너지(온도)를 갖는다면 실제 기체 역시 이상기체와 유사한 거동을 보여, 이상기체로의 가정이 가능하다.주로 이상기체로 가정이 가능한 조건은 아래와 같으며, 임계점(Critical Point)보다 압력이 작고, 온도는 2배이상 높은 경우 이상기체로 가정이 가능하다. 다만 주의할점은 물의..

0. 개요(Overview)Generalized Compressibility Chart는 다양한 기체들이 압력(P), 부피(V), 온도(T) 조건에서 나타내는 압축성 계수(Z)의 변화를 하나의 통합된 차트로 나타내며, 이는 단순히 기체의 일반적인 특성을 보여주는 것에 그치지 않고, 기체의 열역학적인 상태를 기술하는데 활용된다. 1. 기체 상수(Gas Constant, R)1-1. 일반기체 상수(Universal Gas Constant)예를들어, 피스톤으로 기체를 실린더에 가두고 이를 일정 온도로 유지하는 상황을 가정해보면, 피스톤의 위치를 옮겨가며 압력조건을 변화할 수 있고, 그에 따른 평형 상태들을 관찰할 수 있을 것이다. 이때의 압력과 몰당 부피를 측정하고 pv/T의 값을 구해보면 아래와 같다.실험적..

1. 열역학 테이블 개요(Thermodynamic Table - Overview)어떤 열역학 텍스트북을 참고하던, 책 후반부에 보면 Table이 정리되어있다. 주로 열역학적 사이클에 자주 활용이 되는 작동유체(Working Fluid)들의 열역학적 상태량들을 정리해놓은 표인데, 해당 테이블을 활용하여 복잡한 열역학적 관계식을 풀어야하는 과정을 생략할 수 있다(누군가가 계산해서 정리해놓은 표이다). 나중에 후반부에서 테이블을 어떻게 채워넣었는지 그 과정에 대해 정리해보는 챕터가 있는데, 우선 당장은 누군가 채워놓은 표를 우리는 잘 활용하기만 하면 된다. 사실 테이블에서 상태량 찾아내는것도 절대 만만한 과정은 아니다. 사이클이 조금만 복잡해져도 찾아내야할 값들이 너무많고... 친절하게 포화상태의 값을 찾아야..