열역학 1법칙에서 내부에너지 변화 공식을 이해하는 방법 (thermodynamics, internal energy, first law of thermodynamics, mechanical engineering, chemical reactions, entropy and enthalpy)

질문 요약

dU = dQ - dW 공식 관련해서 질문이 있습니다. 개념이나 의미는 충분히 이해했습니다. 그런데 제가 듣는 수업에서 교수님께서는 dU = dQ + dW라고 설명해주시고, 가지고 있는 원서에도 명시되어있습니다. 따라서 work done on the system is positive, work done by the system is negative라고 적용해야 된다고 말입니다. (시스템을 기준으로 해서 시스템이 일을 했으면 Q에서 빼라는 거고, 일을 받으면 더하라는 뜻..?) 개념적인 부분은 두 개 다 이해가 갑니다. -와 +를 각각 반대로 설명하고 있는 것 같고, 결론은 같다는 것 같습니다. 제가 이해한 부분이 맞나요? 계속 두 개의 강의를 동시에 접하다 보니까 종종 헷갈립니다.

답변 요약

기계공학과에서는 열역학 과정을 중심으로 배우기 때문에, 열역학 1법칙에서 시스템이 외부에 대해 일하는 경우 음수로 표시합니다. 이는 기계공학에서 주로 '일'에 초점을 두기 때문입니다. 반면, 화학과에서는 물질의 상태에 더 관심이 있어, 모든 상태량을 시스템에 대한 관점으로 기술합니다. 따라서 두 분야에서 부호가 다르게 사용됩니다.

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열역학 1법칙에서 내부에너지 변화 공식을 이해하는 방법

열역학 1법칙은 물리학과 공학에서 매우 중요한 법칙으로, 에너지 보존 법칙의 열역학적 표현입니다. 이 법칙은 시스템의 내부에너지 변화가 시스템에 가해진 열과 일의 합으로 표현된다는 것을 말합니다. 여기서 내부에너지 변화에 대한 공식은 🌟dU = dQ - dW🌟 또는 🌟dU = dQ + dW🌟로 나타낼 수 있습니다.

두 공식은 서로 다른 부호 규칙을 사용하며, 이는 학문 분야에 따라 달라질 수 있습니다. 기계공학과 화학에서의 부호 규칙이 다르기 때문에, 이를 명확히 이해하는 것이 중요합니다.

기계공학에서의 열역학 1법칙

기계공학에서는 주로 시스템이 외부에 대해 일을 하는 경우를 고려합니다. 따라서, 일이 시스템에서 외부로 나가는 경우 이를 음수로 표시합니다. 기계공학에서 열역학 1법칙은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다:

1. 내부에너지 변화: dU
2. 가해진 열: dQ
3. 시스템이 한 일: dW

이 경우, 열역학 1법칙은 다음과 같이 표현됩니다:

🌟dU = dQ - dW🌟

즉, 시스템에 가해진 열 dQ에서 시스템이 외부에 대해 한 일 dW를 빼는 것입니다. 이는 일을 외부로 내보내는 경우 시스템의 내부에너지가 감소한다는 것을 의미합니다.

화학에서의 열역학 1법칙

화학에서는 주로 시스템의 상태 변화에 더 관심을 가집니다. 따라서, 시스템에 가해진 일을 양수로 보고, 외부로 나가는 일을 음수로 봅니다. 화학에서 열역학 1법칙은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다:

1. 내부에너지 변화: dU
2. 가해진 열: dQ
3. 시스템이 받은 일: dW

이 경우, 열역학 1법칙은 다음과 같이 표현됩니다:

🌟dU = dQ + dW🌟

즉, 시스템에 가해진 열 dQ와 시스템이 받은 일 dW를 더하는 것입니다. 이는 시스템이 외부로부터 일을 받는 경우 시스템의 내부에너지가 증가한다는 것을 의미합니다.

부호 규칙의 차이 이해하기

기계공학과 화학에서 부호 규칙이 다르다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 기계공학에서는 일을 음수로, 화학에서는 일을 양수로 간주합니다. 이는 각각의 학문 분야에서 어떤 요소에 초점을 두고 있느냐에 따라 차이가 발생합니다:

• 기계공학: 외부에 대해 시스템이 일을 하는 경향이 많음
• 화학: 시스템의 상태변화에 더 관심이 있음

결과적으로, 두 가지 표현 방식 모두 같은 물리적 현상을 설명하지만, 부호를 다르게 사용하여 시스템의 에너지 변화를 나타냅니다.

결론

열역학 1법칙에서 내부에너지 변화 공식은 두 가지 형태로 나타낼 수 있습니다:

• 기계공학: 🌟dU = dQ - dW🌟
• 화학: 🌟dU = dQ + dW🌟

두 공식은 부호 규칙이 다를 뿐, 같은 물리적 현상을 설명합니다. 따라서, 어느 한 가지 부호 규칙을 선택하여 일관되게 사용하는 것이 중요합니다. 학문 분야에 따라 다르게 적용되는 부호 규칙을 이해하고, 이를 통해 열역학 법칙을 정확히 이해할 수 있습니다.

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