열역학 제1&2 법칙 - 밀폐계에서의 가역과 불가역 과정에서 dq = Tds 식의 사용 가능성 (reversible, irreversible, entropy, increment, entropy generation)

질문 요약

가역과 불가역 과정에서 dq = Tds 식을 사용할 수 있는지 궁금합니다.

답변 요약

"dq=Tds" 식은 reversible일 때만 적용되는 식입니다. 일반적인 irreversible (비가역) 과정에서는 엔트로피의 증가분을 추가로 고려해주어야 합니다. 추가로 고려해주는 엔트로피의 증가분을 엔트로피 생성량 또는 Sgen이라고 정의합니다. 사진에 올려주신 문제가 어떤 내용인지에 따라서 정확한 답변이 달라지므로 자세한 내용을 알 수 없습니다. 하지만 이 설명이 도움이 되길 바랍니다. 감사합니다.

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열역학 제1&2 법칙 - 밀폐계에서의 가역과 불가역 과정에서 dq = Tds 식의 사용 가능성

안녕하세요, 이번에는 열역학 제1&2 법칙 중 밀폐계에서의 가역과 불가역 과정에서 dq = Tds 식의 사용 가능성에 대해 알아보려 합니다. 우선, 가역과정과 불가역 과정에 대해 간단히 설명하겠습니다.

가역 과정은 작은 외부 변화에 따라 계의 상태가 고르게 변하며 역방향으로 가정한 과정이 되돌아갈 수 있는 과정을 말합니다. 반대로 불가역 과정은 계의 상태가 고르게 변하지 않거나 역방향으로 과정이 되돌아갈 수 없는 과정을 말합니다.

열역학 제1&2 법칙에서 중요하게 다뤄지는 것 중 하나는 엔트로피입니다. 엔트로피는 불확실성이나 무질서함을 나타내는 물리량으로, 가역과정에서는 엔트로피가 일정하며 불가역 과정에서는 엔트로피가 증가합니다.

dq = Tds의 사용 가능성

열역학에서 dq = Tds는 엔트로피 변화를 나타내는 식입니다. 이 식은 가역 과정에서만 성립합니다. 왜냐하면 이 식은 계와 주변의 열적 상호작용을 나타내는데, 가역 과정에서는 계와 주변의 열적 상호작용이 균형을 이루기 때문입니다. 따라서 이 식을 가역 과정에서만 사용하는 것이 적합합니다.

그런데 불가역 과정에서는 어떨까요? 불가역 과정에서는 엔트로피가 증가하므로, 단순히 dq = Tds를 사용해 엔트로피 변화를 계산하는 것은 부적절합니다. 이 경우 엔트로피의 증가분을 추가로 고려해주어야 합니다. 이 추가적으로 고려해주는 엔트로피의 증가분을 엔트로피 생성량 또는 Sgen이라고 합니다.

따라서 dq = Tds 식은 가역 과정에서만 정확하게 사용할 수 있으며, 불가역 과정에서는 이에 추가적인 엔트로피 생산량을 고려해야 합니다.

열역학이라는 주제는 복잡하고 어려울 수 있지만, 그만큼 중요한 과학적 원리를 담고 있습니다. 따라서 열역학을 이해하는 것은 다양한 과학적, 기술적 문제를 해결하는 데 큰 도움이 될 것입니다. 계속해서 열심히 공부하시길 바랍니다!

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