Internal Energy   내부 에너지

(2023-11-18)

1. 전체 에너지 = 내부 에너지 U + 외부 에너지 Eext

  ㅇ 외부 에너지 (External Energy)  Eext  =  역학적 에너지
     - 거시적 에너지의 합
        . 물체의 운동에 의한 운동에너지와 위치에 따른 위치에너지와의 합
        . 질량 중심에 관계되는 위치에너지,운동에너지

  ㅇ 내부 에너지 (Internal Energy)  U    =  계 내부 미시적 에너지의 합
     - 미시적 에너지의 합 
        .  내부에 저장된 에너지의 총 용량
           .. 크기가 작은 분자적 관점의 무작위 운동과 관련됨
           ..  내부 입자(분자,원자)들의 모든 운동에너지,퍼텐셜에너지의 합
           .. 例) 기체기체 분자 운동과 상응하는 내부 에너지를 갖게 됨
           .. [참고] ☞ 열운동, 기체분자운동 참조
        .  내부가 주위로부터 받은 열과 일의 합

     - 한편, 
        . 일정 압력 하에 부피 만 변할 때,
        .  내부 입자들이 하는 팽창  때문에,
        . 그 만큼 (해당 에너지 만큼) 제외되어짐 (내부 에너지가 줄어듬)


2. 내부 에너지의 표현 

  ㅇ (보존계)  △U = Q + W  
     -  Q과  W을 합한 양 => 항상 보존됨 => 에너지보존법칙 (열역학 제1법칙)

  ㅇ (화학반응 전후)  △U = U생성물 - U반응물 = U최종 - U초기


3. 내부 에너지의 특징

  ㅇ 경로 비 의존적
     - 경로에 의존 않는 상태 함수(점 함수 )

  ㅇ 물질의 양에 비례적
     - 물질의 양에 비례하는 종량적 상태량온도에 의존적
     - 압력부피 변화 만으로는, 의 내부 에너지에 변화 없음
     - 한편, 내부 에너지온도에 따른 열량 변화율(△Q/△T)은 열용량(C)으로 정의됨 (C = △Q/△T)

  ㅇ 직접 측정 불가
     - 주위일과 열을 주고받음으로써, 의 내부 에너지는 변화됨
     - 따라서, 의 해석을 위해서는, 내부 에너지의 절대량이 아닌 그 변화량 만을 필요로 함
        . (△U = Q + W)


4. 내부 에너지의 부호 규약

  ㅇ [화학 관례] 
     * (표현식)  :  △U = Q + W 
     - 에너지가 들어감 = 내부 에너지 증가 : △U (+)  
        .  흡수 (흡열) Q (+)
        . 이 내부 에 대해 행해짐 W (+)
     - 에서 에너지가 빠져나감 = 내부 에너지 감소 : △U (-) 
        .  방출 (발열) Q (-)
        . 이 내부 에 의해 외부로 행해짐 W (-)
     * 의 관점 임 : 에너지로 들어오면 양(+)

  ㅇ [기계 공학 관례] 
     * (표현식)  :  △U = Q - W  또는 Q = △U + W
     - 에너지가 들어감 = 내부 에너지 증가 : △U (+) 
        .  흡수 (흡열) Q (+)
        . 열기관에게 이 행해짐 W (-) 
     - 에서 에너지가 빠져나감 = 내부 에너지 감소 : △U (-) 
        .  방출 (발열) Q (-)
        . 열기관이 외부에 을 함 W (+)
     * 주위의 관점 임 : 기계에너지를 써서 외부(주위)에 을 행하면 양(+)

일,에너지,운동량,충격량,포텐셜
   1. 에너지   2. 운동량   3. 충격량   4. 역학적 에너지 보존법칙   5. 위치 에너지   6. 내부 에너지   7. 일(Work)   8. 일 에너지 정리   9. 이동 에너지(열 및 일)   10. 포텐셜   11. 에너지 평형  
열역학 1법칙
   1. 열역학 1법칙   2. 내부 에너지   3. 엔탈피   4. 열용량,비열  


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