열, 작업 및 물질의 특성 사이의 연결 과학은 열역학으로 알려져 있습니다. 열과 작업은 에너지에 의해 불가분의 관계가 있기 때문에 열역학은 에너지 연구로 정의됩니다. 에너지는 우리 삶의 중요하고 필요한 구성 요소이기 때문에 우리 모두는 열역학을 이해해야합니다. 또한 엔지니어와 엔지니어가 되고자하는 엔지니어와 엔지니어를 효과적으로 연습하기 위해서는 열역학의 적용뿐만 아니라 기본 사항을 알아야합니다.
열역학적 법칙은 자연과의 인간 상호 작용의 요약과 본질입니다. Zeroth 법률은 온도 측정을위한 기초를 확립하는 반면, 제 1 및 두 번째 법칙은 에너지와 엔트로피의 두 가지 특성과 에너지의 보존 및 열화를 명시합니다.
.열역학 제 0 법칙
신체‘A’가 다른 신체‘B’와 신체‘C’가 개별적으로 열 평형 상태에있을 때, 신체‘B’와‘C’도 마찬가지로 열 평형에 있습니다. 열역학 제로 법칙은이 진술에 의해 정의됩니다. 법은 온도 측정에 근거합니다.
열역학의 제로 법칙에 따르면 온도는 열이 물체 사이에서 움직일지 여부를 예측하기 때문에 온도가 상당한 측정임을 나타냅니다. 상호 작용 방식에 관계없이 이것은 사실입니다. 열 전달의 방사선 메커니즘에 따라 물리적으로 만지지 않더라도 열은 두 가지 사이를 이동할 수 있습니다. 제로 열역학 법칙에 따르면 시스템이 열 평형 상태에있는 경우 열 흐름이 발생하지 않을 것입니다.
Zeroth 열역학 법의 적용
법은 열역학의 수학적 공식화에 중요하거나 온도의 수학적 정의를 정의하기 위해 다른 방법으로 말합니다. 이 개념의 가장 일반적인 적용은 다른 것들의 온도를 비교하는 것입니다.
온도를 정확하게 측정하려면 온도에 따라 변하는 기준 본문과 신체의 속성이 필요합니다. 이 속성의 변화는 온도 변화로 해석 될 수 있습니다. 선택된 속성은 열역학적 특성이라고합니다.
온도계는 Zeroth 열역학 법을 가장 많이 적용하는 것입니다. 튜브에 머큐리가있는 공통 온도계를 사용하여 Zeroth 법률이 작동하는 것을 볼 수 있습니다. 온도가 상승함에 따라 튜브의 면적이 일정하게 유지되기 때문에 수은이 팽창합니다. 이 개발의 결과로 높이가 증가했습니다. 이제, 수은 레이블의 높이의 변화는 온도 변화를 나타내며 실제로 그것을 측정하는 데 도움이됩니다.
열역학의 첫 번째 법칙
첫 번째 열역학 법칙에 따르면 분리 된 시스템의 총 에너지는 일정합니다. 에너지는 여러 형태로 변경 될 수 있지만 생성하거나 파괴 할 수는 없습니다.
이 법에 따르면, 시스템에 공급되는 열 중 일부는 내부 에너지를 바꾸는 데 사용되는 반면, 나머지는 시스템에 의해 작업을 수행하기 위해 사용됩니다. 수학적으로,
ΔQ =ΔU+ΔW
ΔQ =열 공급
ΔW =작업 완료
ΔU =내부 에너지의 변화
Q가 양수 인 경우 시스템으로의 순 열전달이 있으며 W가 양수 인 경우 시스템에서 작업이 수행됩니다. 결과적으로 양성 Q는 시스템에 에너지를 제공하는 반면 양의 W는이를 고갈시킵니다.
열역학 제 1 법칙의 적용
- 등온 과정 : 등온 작동 동안 이상적인 가스의 온도는 일정하게 유지됩니다. 이는 시스템의 열이 환경에 대비하는 데 사용되고 있음을 의미합니다. 그래서
ΔQ =ΔU+ΔW
ΔQ =W
ΔQ =열 공급
ΔW =작업 완료
ΔU =내부 에너지의 변화
- 녹는 과정 : 고체의 내부 에너지는 액체로 녹을 때 증가합니다. m을 액체의 질량으로하고 l은 단단한 열열이되도록하십시오. DQ =ml는 시스템에 흡수되는 열량입니다.
작은 팽창이 발생하도록하십시오. ∆v =0
dw =p∆v =0
따라서
ΔQ =ΔU+ΔW
ΔU =ml
결과적으로 녹는 과정에서 내부 에너지가 증가합니다.
- 열 엔진 : 첫 번째 법칙의 가장 일반적인 실제 적용은 열 엔진입니다. 열 엔진은 열 에너지를 기계 에너지로 변환하고 그 반대도 마찬가지입니다. 개방형 시스템은 대부분의 열 엔진을 구성합니다. 열 엔진의 기본 개념은 작동 유체의 열, 부피 및 압력 사이의 관계를 기반으로합니다. 이 유체는 일반적으로 가스이지만 경우에 따라주기 동안 가스에서 액체로, 가스로 다시 변할 수 있습니다.
가스가 가열되면 확장됩니다. 그럼에도 불구하고 가스가 함유되면 팽창하고 압력이 상승합니다. 구속 챔버의 바닥 벽이 움직이는 피스톤의 상단 인 경우 피스톤의 표면에 가해지는 압력으로 인해 아래쪽으로 이동합니다. 그런 다음이 움직임은 피스톤의 탑에 적용되는 전체 힘과 동일한 작업을 생성하여 피스톤의 거리를 곱한 작업을 생성 할 수 있습니다.
.냉장고 및 히트 펌프
냉장고 및 히트 펌프와 같은 기계 에너지 변환기는 기계 에너지를 열로 변환합니다. 폐쇄 시스템은 이들 중 대다수를 차지합니다. 가스의 온도는 압축 될 때 상승합니다. 그런 다음 뜨거운 가스는 환경으로 열을 전달할 수 있습니다. 뜨거운 사이클 동안 열 에너지의 일부가 손실 되었기 때문에 압축 가스의 온도는 팽창 할 때 압축 이전의 것보다 낮습니다. 차가운 가스는 환경에서 열 에너지를 흡수 할 수 있습니다.
에어컨의 작동 원리는 다음과 같습니다. 에어컨은 감기를 일으키지 않습니다. 대신, 그들은 그것을 제거합니다. 작동 유체는 기계식 펌프에 의해 외부로 보내져 압축 및 가열됩니다. 그 후 열은 대기, 일반적으로 공냉식 열교환기를 통해 대기로 전달됩니다. 그런 다음 열은 실내로 옮겨지기 전에 다른 열 교환기를 통해 내부 공기에서 가져옵니다.
열역학 제 2 법칙
열역학 제 2 법칙에 따르면, 자발적으로 발생하는 과정은 항상 우주의 엔트로피가 증가합니다. 간단히 말해서, 법은 분리 된 시스템의 엔트로피가 시간이 지남에 따라 절대 감소하지 않을 것이라고 명시하고 있습니다.
두 번째 법률은 분명하게 열 에너지를 100% 효율로 기계적 에너지로 변환하는 것이 불가능하다고 명백히 말합니다. 예를 들어 엔진에서 피스톤을 볼 때 가스가 가열되어 압력을 높이고 피스톤을 움직입니다. 그러나 피스톤이 움직일 때에도 가스에는 항상 다른 곳에서 사용할 수없는 열이 남아 있습니다. 열이 낭비되고 De 버려야합니다. 이 상황에서, 중고 연료 및 공기 혼합물을 대기로 배출하거나 자동차 엔진의 경우 방열판으로 옮겨서 폐열이 제거됩니다.
열역학 제 2 법칙의 적용
법에 따르면 열은 항상 더 높은 온도에서 신체에서 신체로 항상 흐릅니다. 이 법은 Otto, Diesel 및 기타를 포함한 모든 종류의 열 엔진주기 및 모든 유형의 작업 유체에 적용됩니다. 이 법은 현대 자동차의 발전을 촉진했습니다.
반전 된 카르노 사이클을 기반으로 한 냉장고 및 히트 펌프는이 개념의 또 다른 구현입니다. 저온 본체에서 온도가 높은 본체로 열을 전달하려면 외부 작업을 제공해야합니다. 열은 원래 카르노 사이클에서 작업을 생성하는 반면, 더 낮은 온도 저장소에서 역전 된 카르노 사이클에서 더 높은 온도 저장소로 열을 운반하는 작업이 제공됩니다.
.냉장고의 음식으로 인한 열은 자동으로 제거되어 따뜻한 환경으로 버려지지 않습니다. 냉장고에서이를 위해서는 압축기를 통해 외부 작업을 공급해야합니다.
열역학 법칙은 에어컨과 히트 펌프 모두에 적용됩니다. 흡수 된 열을 대기로 방출함으로써 에어컨은 방에서 열을 제거하고 더 낮은 온도로 유지합니다. 겨울에는 히트 펌프가 대기에서 열을 모아서 방에 분배하여 더 시원합니다.
결론
열과 온도, 에너지, 작업 사이의 관계뿐만 아니라 한 형태에서 다른 형태로 에너지 전달을 다루는 과학 분야는 열역학으로 알려져 있습니다. 다시 말해, 열역학은 열역학적 원리에 의해 지배되는 물질의 변화에 대한 열의 결합 된 효과에 대한 연구와 관련된 과학 분야입니다.
물질과 같은 에너지는 끊임없이 보존되어 생성되거나 파괴 될 수 없지만 여러 형태로 변형 될 수 있습니다. 내부 에너지는 시스템 분자와 관련된 에너지를 말하며 운동 및 잠재적 에너지를 모두 포함합니다. 일련의 에너지 전송 및 변환은 열, 작업 및 내부 에너지의 상호 작용으로 시스템이 변할 때마다 발생합니다.
