1. 열역학 기초

화학적 에너지는 열이나 일로 전환될 수 있으며 이는 열역학으로써 설명가능하다.
열역학은 이외에도 상평형이나 공정의 효율, 반응 예측 및 물리적 성질을 설명할 수 있다.

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용어정리

크기와 양에 대한 측정

질량	m	비중	$V^{t}/m$
몰수	n	몰 부피	$V^{t}/n$
전체 부피	$V^{t}$	전체 부피	시스템의 크기

전체 부피는 크기 성질이고, 일반 부피는 세기 성질이다.
비슷하게 비중이나 몰 부피, 압력 및 온도도 세기 성질이다.

압력

· 절대 압력 = 계기 압력 + 대기 압력   (absolute P = gauge P + barometric P)
· 1 torr = 133.322 Pa  (수은이 표준 중력장, 0℃ 하에 1mm 높이에 해당하는 압력)
· 1 atm = 101.325 kPa (해수면에서 측정되는 평균 대기 압력)
· 1 bar = 10⁵ Pa = 0.986923 atm

일

행해진 일은 거리와 힘의 곱으로 정의된다.
일반적으로 피스톤을 생각하면, 힘은 압력과 면적을 이용하여 나타낼 수 있고
다음과 같이 일을 새롭게 유도할 수 있다.

$dw = F·dl = -PAd\frac{V^{t}}{A} = -PdV^{t}$
$\displaystyle w = -\int_{V_{1}^{t}}^{V_{2}^{t}}PdV^{t}$

일은 경로함수로, 처음과 마지막의 상태가 동일해도, 진행과정이 다르면 값이 다르게 나타난다.
경로함수의 대표적인 예로는 일과 열이 있고
반대로 상태함수의 대표적인 예로는 압력, 온도, 부피가 있다.

에너지

에너지란, 일을 할 수 있는 능력(총량)을 의미한다.

역학적 에너지는 일의 변화량으로부터 유도된다.
$dw = m\frac{dv}{dt}dl = mvdv$
$\displaystyle w = m\int_{v_{1}}^{v_{2}}vdv = \Delta\frac{mv^{2}}{2}$
즉, 역학적 에너지 변화를 통해 일이 행해진다.

포텐셜 에너지는 위치에 따라 주어지는 에너지로, 중력장에서는 z방향으로 작용한다.
$F = ma = mg$이므로, $w = mg\Delta z$

에너지는 다른 에너지와 상호 변환이 가능하다.
고립계에서 에너지보존법칙이 성립하며 $\Delta E_{k} + \Delta E_{p} = 0$이다.

열

기본적으로 열은 생성되거나 소멸되지 않고, 계와 주위에 대하여 다양한 형태로 전달된다.