물리Ⅰ 12회차

열역학 제 2법칙

1. 가역현상과 비가역 현상

1. 가역 현상

(1) 물체가 외부에 아무런 영향도 남기지 않고 처음 상태로 돌아가려는 현상

예시) 마찰이 없을 때에 단진자 운동

 

2. 비가역 현상

(1) 어떤 현상이 방향으로는 자연적으로 일어나지만 반대 방향으로는 자연적으로 일어나지 않는 현상

예시) 잉크 방울의 확산, 향수 냄새가 퍼지는 현상 등

 

3. 열역학 제2법칙

1. 자연 현상에서의 에너지 흐름의 방향성을 결정하는 법칙

2. 자연 현상의 대부분은 비가역적이다.

3. 확률이 큰 쪽, 엔트로피(= 무질서도)가 증가하는 쪽으로 진행함.

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2. 열역학 제2법칙의 다양한 표현

1. 열역학 제2법칙

저절로 일어나는 비가역 현상에는 방향성이 있다.

 

2. 열역학 제2법칙의 또 다른 표현

(1) 열은 높은 온도의 물체에서 낮은 오도의 물체로 저절로 이동하지만
그 반대로는 결코 저절로 이동하지 않음.

(2) 마찰이 있는 바닥에서 물체가 운동하면 바닥과의 마찰에 의한 열에 의해
물체는 정리하지만, 반대로 열에너지가 물체의 운동에너지로 전환되어
스스로 운동하는 일은 생기지 않는다.

3. 열역학 제2법칙의 볼츠만 표현

(1) 열역학 제2법칙을 확률로 표현

(2) 자연에서 일어나는 변화의 방향 : 확률이 높은 방향

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3. 열기관과 열효율

1. 열기관

열을 일로 전환시키는 장치

• 열기관에서의 에너지 관계 : $Q_1 = W + Q_2$

 

2. 열기관의 열효율

1. 열효율은 높을수록 좋다.

2. 열효율이란 열기관에서 공급되는 에너지 $Q_1$에 대해 열기관이 하는 $W$의 비

열효율 공식

$$e = \frac{W}{Q_1}=\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}$$

3. 열학 제2법칙과 열효율

•  열효율이 100%인 열기관은 만들 수 없다 : 열역학 제2법칠을 나태내는 또 다른 표현
왜냐하면 열역학 제2 법칙에 따라 일은 모두 열로 바꿀 수 있지만, 열은 모두 일로 바꿀 수 없기 때문에 만들 수 없다.

 

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출처

손정우 외 「물리학 I」,  비상교육,  2018