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고체의 비열

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작성일18-06-08 06:35

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공업방면에서는 1kg 물체의 열용량을 말할 때도 있다 열량 단위를 cal로 나타낼 때 물의 비열은 1이 된다 그리고 이 값은 수소 등 일부를 제외하면 예외적으로 크며, 물이 많은 물질 중에서도 온도 alteration(변화) 가 잘 일어나지 않는 물질임을 나타낸다.








? 열역학 제1법칙
실린더 속에 피스톤으로 갇혀 있는 기체로 구성된 계를 생각하자. 초기상태 Pi, Vi, Ti 로부터 최종상태 Pf, Vf, Tf로 준정적 과정을 통해 바뀌었다고 하자. 이 계는 온도가 조금씩 다른 일련의 열원과 열적 접촉을 하여 평형상태에 도달하게 한다.

일반적으로 물체의 비열은 온도에 따라 alteration(변화) 한다. 두 물체의 온도가 같아지면 더 이상 열의 이동이 일어나지 않고 일정한 온도가 되는데 이것을 열평형의 상태라고 한다. (?U 〓 Q + W )

③ 물체가 외부에서 열량 Q를 받아 외부 압력 P에 대해 부피가 ?V만큼 팽창하였 다면 외부에서 한 일 W는 W〓P?V가


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고체의 비열

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실험결과/기타



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설명

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순서


다.
고체의 비열
experiment(실험) 목적
: 고체시료의 비열을 측정(測定) 함으로써 열, 열용량의 관념을 experiment(실험)으로 확인한다. 또 양자의 차는 아주 근소하므로 보통 정압비열을 그 물체의 비열로 한다. 이로부터 새로운 함수인 내부에너지 U를 definition 할 수 있다 계의 내부 에너지의 alteration(변화) 는 다음과 같다. 그래서 고…(생략(省略)) 온의 고체를 저온의 물에 넣어 열평형 상태에 이르렀을 때 고온의 고체가 잃은 열량은 저온의 물이 얻은 열량과 같다는 열역학 제 1법칙(열량 보존의 법칙)을 이용하여 구한다. 이것은 압력을 일정하게 유지하는 경우에는 열의 일부가 기체의 팽창이라는 외부로의 일에 소비된다 그러므로 온도를 높이기 위해서는 그만큼의 열을 더 가해야 되기 때문이다
보통 이런 경우의 비열을 정압비열(Cp)이라 하고, 이것에 대하여 부피를 일정하게 유지하였을 때의 비열을 정적비열(Cv)이라 한다.
?U 〓 Q - W
definition 와 같이 계에 열이 전달될 때 Q는 양의 값이고 계에 의해 외부에 일을 했을 때 W는 양의 값이 된다 위식을 열역학 제 1법칙이라 한다. 각 단계마다 한 일과 교환된 열을 측정(測定) 한다. Julius R. von Mayer는 이 사실을 기초하여 열의 일당량을 이끌어 냈다.
① 열역학 제 1법칙은 일종의 에너지 보존 법칙이다.


? 열평형 상태
찬 물체와 더운 물체가 섞이면 열이 더운 물체에서 찬 물체로 이동하므로 더운 물체는 열을 잃고 찬 물체는 열을 얻는다. 정압 비열과 정적비열이 이렇게 다른값을 가지는 이유는 일찍이 John Dalton에 의하여 지적되었다.

? 고체의 비열 측정(測定)
기본원리 : 고체의 비열을 직접 측정(測定) 하기란 쉽지 않다. 그리고 엄밀하게는 액체와 고체에 마주향하여 도 Cp와 Cv를 구별해야한다.

experiment(실험) 원리

? 비열
: 단위 질량을 가진 물체의 열용량.
보통은 1g인 물체의 열용량. 즉 1g인 물체의 온도를 1℃ 높이는데 필요한 열량을 말한다.
이 때, C1 * m1 * (t1-t) 〓 C2 * m2 * (t-t2) 의 관계가 성립한다. 계에 또는 계로부터 전체 한일 W와 전체 열전달 Q는 열역학적인 경로에 따라 다르다. 고온 및 극단적인 저온일 때는 별개로 하고, 상온 부근에서는 물질에 따라 고유한 값을 가진다고 보아도 된다 그러나 기체에서는 부피를 일정하게 하고 열을 가했을 때와 압력은 일정하게 하고 열을 가했을 때와는 값이 달라지는데, 나중것이 더 크다.

② 일반적으로 내부 에너지의 alteration(변화) 량을 ?U, 외부로부터의 열량을 Q, 외부로부터 받은 일을 W라 하면, 내부에너지의 증가는 외부에서 얻은 열량과 받은 일의 양을 합한 것과 같다.

理論(이론)적인 계산에 의하면 기체의 Cp와 Cv의 차는 약 (M은 기체의 분자량)가 된다 이 값은 상온, 상압하에서는 거의 정확하다는 것이 확인되었다. 그러나, 그 차이 Q-W는 초기 평형 상태와 최종 평형 상태 사이의 모든 경로에 대해 같다. 액체나 고체에서는 열에 의한 팽창을 억제하고 부피를 일정하게 유지하기 어렵다.

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