2.8
제1법칙 양 I 계산
상전이나 온도 변화를 겪는 열역학 시스템은 열(q)과 일(w) 형태로 에너지 전달을 경험합니다. 일정 온도(T)와 압력(p)에서 가역적 상변화가 일어날 경우, 이 과정은 화학 반응을 포함하지 않고 서로 다른 상들 간에 에너지 교환을 일으킵니다.
이 과정에서 전달되는 열은…
일정한 온도와 압력에서의 가역적 상 변화는 화학 반응 없이 상들 간에 에너지가 전달되는 것을 포함합니다.
이 과정에서 교환되는 열은 전이 잠열이며, 일은 압력에 부피 변화를 곱한 값과 같습니다.
일정한 압력 하에서 엔탈피 변화는 상 변화 중 교환되는 열과 같으며, 내부 에너지 변화는 열과 일의 양을 모두 반영합니다.
상변화가 없는 일정 압력 가열에서는 온도가 변함에 따라 시스템이 팽창하거나 수축하여 압력-부피 일을 수행합니다.
공급되는 열은 엔탈피 변화와 같으며, 이는 일정 압력에서의 열용량과 온도 구간에 따라 달라집니다. 이는 초기 압력과 최종 압력이 같을 때 비가역적 과정에서도 성립합니다.
상변화가 없는 일정 부피 가열에서는 부피가 고정되어 있어 일은 이루어지지 않습니다. 공급되는 모든 열은 내부 에너지를 변화시키며, 이는 일정한 부피에서의 열용량과 온도 변화에 따라 달라지며, 가역적 과정과 비가역적 과정 모두에 적용됩니다.
이에 대응하는 엔탈피 변화는 내부 에너지 변화와 압력-부피 항의 변화가 결합되어 도출됩니다.
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Q1: What is latent heat of transition in a reversible phase change?
Latent heat of transition is the energy absorbed or released when a substance changes between physical states at constant temperature and pressure without chemical reaction. At constant pressure, this latent heat equals the enthalpy change. The work done during the phase change is calculated as pressure multiplied by the volume change between phases.
Q2: How does internal energy change during a constant-pressure heating process?
During constant-pressure heating without phase change, internal energy change is derived from the first law as ΔU = ΔH − pΔV, where the enthalpy change depends on heat capacity at constant pressure and temperature interval. This relationship holds for both reversible and irreversible processes when initial and final pressures are equal, since enthalpy is a state function.
Q3: Why is no work done during constant-volume heating?
In constant-volume heating, the volume remains fixed, so pressure-volume work (w = 0) cannot occur. All heat supplied directly increases internal energy, which depends on heat capacity at constant volume and temperature change. This principle applies to both reversible and irreversible processes.
Q4: What is the relationship between enthalpy change and heat at constant pressure?
At constant pressure, enthalpy change equals the heat exchanged during the process. For heating without phase change, the heat supplied is determined by integrating heat capacity at constant pressure over the temperature range. This relationship holds regardless of whether the process is reversible or irreversible.
Q5: How is enthalpy change calculated from internal energy change at constant volume?
At constant volume, all heat increases internal energy through ΔU = ∫Cv dT. The enthalpy change is then obtained from ΔH = ΔU + Δ(pV), accounting for changes in the pressure-volume term. This calculation applies to both reversible and irreversible constant-volume processes.
Q6: What does the first law tell us about energy transfer in phase transitions?
The first law states that internal energy change equals heat plus work: ΔU = q + w. During reversible phase transitions at constant temperature and pressure, the heat exchanged is the latent heat, and work equals pressure times volume change. This framework applies to all thermodynamic systems undergoing energy transfer.
Q7: Why does enthalpy remain constant during reversible phase changes at constant pressure?
During reversible phase changes at constant temperature and pressure, enthalpy change equals the latent heat of transition. Since enthalpy is a state function depending only on initial and final states, the enthalpy change remains constant regardless of the path taken, making it a reliable measure of energy transfer between phases.