열역학 제1법칙

열역학 제1법칙(first law of thermodynamics)은 보다 일반화된 에너지 보존법칙의 표현이다:

"어떤 계의 내부 에너지의 증가량은 계에 더해진 열 에너지에서 계가 외부에 해준 일을 뺀 양과 같다."

열은 원자·분자의 역학적 에너지이므로 일종의 에너지이다. 이것을 열 에너지라고 한다.  일반적으로, 어떤 체계에 외부로부터 어떤 에너지가 가해지면 그만큼 체계의 에너지가 증가한다.  이와 같이, 물체에 열을 가하면 그 물체의 내부 에너지가 가해진 열 에너지만큼 증가한다. 또한 물체에 역학적인 일이 더해져도 역시 내부 에너지는 더해진 일의 양만큼 증가한다. 따라서 물체에 열과 일이 동시에 가해졌을 때 물체의 내부 에너지는 가해진 열과 일의 양만큼 증가한다. 이것을 열역학의 제1법칙이라고 한다.

공식

열역학의 제1법칙은 기본적으로 열역학적 계가 에너지를 저장하거나 가지고 있을 수 있으며, 이런 내부에너지가 보존된다고 말한다. 열은 높은 온도의 계에서 낮은 온도의 계로 이동하는 에너지이다. 또한 계의 에너지는 계가 주변에 역학적 일을 함으로 감소하거나, 주변으로부터 일을 받음으로 증가한다. 열역학의 제1법칙은 이 에너지가 보존된다는 것이다: 내부에너지의 차이는 받은 열에너지에서 계가 한 일을 뺀 값과 같다. 열역학 제1법칙을 수학식으로 표현하면 다음과 같다:

$\mathrm{d}U=\delta Q-\delta W\,$

여기서, $\mathrm{d}U$는 시스템 내부 에너지의 미소(infinitesimal)증가값이다. $\delta Q$는 시스템에 더해진 미소 열에너지량이다. $\delta W$는 시스템이 주변에 한 미소 "일" 값이다. 미소 열은 d가 아니라 δ로 표현되는데, 이는 그것이 완전미분이 아니라 불완전미분이기 때문이다. 다시 말해 미분해서 δQ 혹은 δW가 나오는 Q나 W에 관한 함수가 존재하지 않는다는 말이 된다.

불완전미분에 대한 적분은 경로 의존적이 된다.

에너지 보존 ->닫힌 역학계에서 에너지의 형태가 어떻게 바뀌더라도 총 에너지의 합은 일정하다는 것이다. 열역학 제1법칙은 에너지 보존에 대해 다루고 있다. 모든 에너지는 위치 에너지를 포함하며, 현대 물리학에서는 질량도 에너지의 일종으로 본다.

역과정

$\mathrm{d}U = T\mathrm{d}S - p\mathrm{d}V\,$

$\mathrm{d}U = \delta Q - \delta W + \sum_i \mu_i \mathrm{d}N_i\,$

$\mathrm{d}U = T\mathrm{d}S - p\mathrm{d}V + \sum_i \mu_i \mathrm{d}N_i\,$

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같이 읽기

• 에너지 보존

참고문헌

• 이 문서에는 다음커뮤니케이션에서 GFDL 또는 CC-SA 라이선스로 배포한 글로벌 세계 대백과사전의 "열역학의 제1법칙" 항목을 기초로 작성된 글이 포함되어 있습니다.