작업 수량화

계의 내부 에너지는 열과 일의 합으로 정의된다는 점을 상기해 봅시다. 열은 열량계를 사용하여 측정하지만 일은 어떻게 정량화할까요? 일은 힘이 물체를 일정한 거리로 당기거나 밀거나 들어올리는 것 등에 의한 결과입니다.

따라서 일은 힘과 거리를 곱한 것과 같습니다. 만약 골프 클럽으로 공을 100피트 높이로 친다면, 일을 한 것입니다. 에너지는 골프 클럽에서 공으로 전달됩니다.

이 경우 공은 외부에 의해 일이 행해진 시스템입니다. 화학 반응에서 일은 계의 여러 물리적 또는 화학적 변화와 연관될 수 있습니다. 일반적으로 접하는 일의 유형은 압력-부피에 관한 일입니다.

엔진 실린더의 연소를 생각해 봅시다. 연소는 열을 발생시킬 뿐만 아니라 기체를 생성하여 일을 수행합니다. 실린더 내부의 기체 부피가 팽창하면 발생한 압력은 피스톤을 아래로 밀어서 주위의 외부 힘에 반대로 작용합니다.

압력은 면적당 가해지는 힘으로 정의됩니다. 여기서 팽창된 기체의 힘은 피스톤의 베이스 면적에 가해집니다. 다시 말하여 힘은 압력과 면적을 곱한 것입니다.

따라서 힘 곱하기 거리인 일은 다시 쓰면 압력과 면적의 곱에 거리를 곱한 것입니다. 엔진 실린더의 경우 거리는 피스톤이 이동하는 높이 차이입니다. 면적 곱하기 높이가 실린더의 부피임을 고려할 때 일을 구하는 방정식은 압력 곱하기 계의 부피 변화로 정의할 수 있습니다.

그러나 부피가 증가하면서 피스톤이 아래로 밀리기 때문에 계는 실제로 주위에 대하여 일을 수행하는데 이것은 관례상 음의 값입니다. 따라서 일은 음의 압력 P 곱하기 델타 V 또는 팽창 중 발생한 처음과 최종 단계에서의 부피의 변화로 정의됩니다. 압력-부피 일의 단위는 일반적으로 리터 기압으로 정의됩니다.

이 단위는 상용 에너지 단위인 줄로 변환할 수 있으며 1 리터 기압은 변환 계수를 적용하면 101.3줄과 같습니다.