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1 . Definitions in Thermodynamics Thermodynamics. Definition 1 / 41

2 What is a Thermodynamics? 열 (heat, or thermal energy) 을기계적에너지 (mechanical energy) 로변환시켜실생활에이용하기위하여연구하기시작한과학 경험적관찰에기반을두고발전 이들관찰은열역학제 0, 제 1, 제 법칙으로공식화 에너지와엔트로피를다루는과학 ( 또는, 에너지와평형을다루는과학 ) 물질의열역학적상태는에너지및평형에도달하게하는에너지전달을고찰할수있는열역학적상태량 (thermodynamic properties) 으로나타냄 열 (heat) 과일 (work) 을다루는과학 열 : 온도차가존재하는경우에계의경계를넘어서이동하는에너지 일 : 어떤물체를힘을가해서이동시켰을때, 힘과변위의곱으로주어지는물리량 일과열은열역학적상태량이아니라물질의에너지상태및열역학적상태량을달라지게하는열역학적인양 (thermodynamic quantities) 으로써일과열은에너지전달임 열역학을공부하기위해서는일과열뿐만아니라온도, 압력, 에너지, 엔트로피, 엔탈피등과같은각종물질의열역학적상태량등에대한이해가필수적으로요구됨 Thermodynamics. Definition / 41

3 계 (System) 계 (system): 해석대상인한조각의상태가일정한물질 해석대상의어떤공간영역 질량이나에너지, 또는이들모두를주위와주고받음 계 (system) 경계 (boundary) 주위 (surrounding) 주위 (surrounding): 계외부의모든것 경계 (boundary): W W (Weight) 계와주위를분리하는두께가없는표면 물리적인벽면이경계가될수있음 W dx 계의경계는움직임 작동유체 (working fluids): 계내부를채우고있거나흐르는물질 공기 경계 pa (Pressure force) 에너지를저장할수있는능력보유 Thermodynamics. Definition 3 / 41

4 밀폐계 (Closed System) The amount of mass in a closed system is fixed and no mass crosses the system boundary. Therefore, a closed system is also called as a control mass. However, energy in the form of either heat or work can enter of leave the system. Although the mass of a closed system is fixed, its volume is not and it may be compressed or expanded. A representative example of a closed system is a reciprocating engine. As the piston moves to compress the gas it does work and the control mass boundary moves, but the gas remains inside the system. q Control mass w 밀폐계 (closed system) 흡입압축동력배기 [ 대표적밀폐계열기관인왕복엔진 ] Thermodynamics. Definition 4 / 41

5 개방계 (Open System) Heat, work, and mass(working fluid) can cross the boundaries of an open system. Open system is also known as a control volume. The boundaries of the open system may change shape and the system may also move in space. Common examples of control volume are industrial machines, such as heat exchangers, pumps, turbines and boilers. Mass is constantly flowing into and out of these machines while heat and work cross the system boundaries. A representative example of a open system is a gas turbine engine. q Control volume w 개방계 (open system) [ 대표적개방계열기관인가스터빈엔진 ] Thermodynamics. Definition 5 / 41

6 작동유체종류에따른터빈분류 Working Fluids 작동유체 (working fluids): 계내부를채우고있거나계를통과하여흘러가는유체로서에너지를저장할수있는능력을가지고있다. Water Steam Combustion Gas Air Hydraulic Turbine Steam Turbine Gas Turbine Wind Turbine Thermodynamics. Definition 6 / 41

7 열역학적관점 Microscopic View ( 미시적관점 ): 물질을입자단위로고찰 Macroscopic View ( 거시적관점 ): 물질을연속체라고가정 Microscopic View Macroscopic View Mass unit Molecular Whole gas Physical properties Mass, Momentum, Energy Density, Temperature, Pressure Thermodynamics. Definition 7 / 41

8 상 (Phase) [1/] 물질의상 (phase) 은공간상에어떤물질들이모여서거시적관점에서균일한물리적성질, 예를들어균일한밀도, 비열, 열전도도등을갖는계를지칭 미시적으로는동일한개체들로구성된계일지라도거시계를만들면그것이처한상황에따라물리적성질이크게구별되는다른상으로나타날수있는데, 물이압력과온도값에따라기체, 액체, 고체상태를취하는경우가대표적인예. 얼음, 물, 증기의경우분자식은 H O 로같지만얼음의경우분자는가깝게모여있고, 액체인물의경우조금더떨어져있고, 증기의경우에는훨씬더떨어져있음 특정물질이주어진외부조건에서어떤상을취하는지, 그리고외부조건이변하면서어떤상변화가가능한가에대한이해는열역학에서대단히중요한문제임 상변화가운데기체가액체로변하는응축과액체가기체로전이하는증발은가장대표적인상변화 어떤계에서나타나는상변화는대개의경우다른열역학적변수를고정시켰을때특정온도를경계로일어나는데, 이온도를해당상변화의임계온도 (critical temperature) 라함 그리고상변화경계양쪽에위치한두상들은일반적으로다른엔트로피함수를갖는데, 그것은두상중하나가더질서화된상태에해당하기때문임. 예를들면, 액체에서고체로의변화와관련해서는고체상태에있을때물질을구성하는분자들이더질서화되었다고말할수있음 물이얼음으로변하는경우와물이증기로변하는상변화가일어나는경우온도가일정하게유지되는것은잠열 (latent heat) 이관계하기때문 그러나열에너지의흐름은있어도온도변화가없는경우내부에너지는변화 물질이다르면내부의분자배열이다르기때문에상변화가일어날때에너지증감이달라짐. 또한에너지증감은물질의양에따라서도달라짐 Thermodynamics. Definition 8 / 41

9 상 (Phase) [/] 물질의상에관한정보를기술하는편리한방법으로상그림 (phase diagram) 이용 물의상변화는온도 (T) 를 x 좌표, 압력 (p) 을 y 좌표로설정한그림으로나타낼수있음. p, atm 이상그림에서곡선 l-v, s-v, l-s 는상경계 곡선 l-v 는액체상태의물과증기가서로평형을이루는점들, 즉끓는점을나타냄 곡선 l-s 는액체상태와고체상태가평형을이루는점들, 즉물의어는점을나타냄 곡선 s-v 는고체상태에서액체상태를거치지않고바로증기상태로의변화, 즉승화가가능한점들을나타냄 지금까지언급한세곡선들은한점, 즉온도가 0.01 C 이고압력이 기압인점에서만나고있는데, 이점이물의삼중점 (triple point) 으로세가지의상이평형을이루고함께존재할수있는경우에해당함 Solid (ice) s-v l-s Liquid (water) Triple point l-v Vapor (steam) Critical temperature T, C [ Phase diagram of water ] Thermodynamics. Definition 9 / 41

10 상태 (State) 물질은어떤상에서다양한온도와압력상태로존재할수있으며, 이를열역학적으로 물질은다양한상태 (state) 로존재한다. 고함 상태 (state): 계를구성하는물질의물리적 화학적특성을나타내며, 물질의성질이특정한값을가질때계는어떤상태에있다고하며, 이런성질을계의열역학적상태량 (thermodynamic property) 또는변수 (variable) 라함 상태변화 : 계를구성하는작동유체가열 (heat) 이나일 (work) 에의하여한상태에서다른상태로변화되는것 ( 예 : 계의온도나압력의변화 ). 밀폐계에서상태변화는초기상태와최종상태사이의변화를뜻하며, 정상유동과정의개방계에서는입구와출구사이의상태변화를의미 p 1 어떤한물질 (substance) 의열역학적상태는에너지를나타낼수있는상태량 (properties) 과평형상태에이르게하는에너지전달에의하여기술 Thermodynamics. Definition 10 / 41

11 상태량 (Properties) [1/] 상태량 : 물질의성질을나타내는양 대표적상태량 : 온도, 압력, 체적, 질량, 밀도등 추상적상태량 : 내부에너지, 엔트로피등 열역학적상태량은점함수 : 어떤계에서이들열역학적상태량은그상태에도달한경로와는무관하며, 최종상태에의해서만결정됨 거시적상태량 : 물질이다수의분자로이루어짐에따라이들양의조합에의해물질의상태를나타낼수있을때이들양을거시적상태량이라함 ( 밀도, 온도, 압력등 ) 미시적상태량 : 분자수준의상태로나타낼수있는양 ( 질량, 운동량, 에너지등 ) 강도성상태량 vs. 종량성상태량 : 물질의성질을나타내는양 대표적상태량 : 온도, 압력, 체적, 질량, 밀도등 Thermodynamics. Definition 11 / 41

12 상태량 (Properties) [/] Extensive properties m V m/ V/ m/ V/ Intensive properties T p T p + T p Intensive Properties 물질의질량과관계없으며, 계내부의임의의한지점에서규정될수있음 압력, 온도, 밀도 비체적, 비엔탈피, 비엔트로피, 비내부에너지 열역학에서주로사용하며, 소문자로표시 Extensive Properties 물질의질량에정비례하여변함 질량, 체적, 엔탈피, 엔트로피, 내부에너지 대문자로표시 비체적 (specific volume): 단위질량당체적 ( 종량성상태량인체적을강도성상태량으로나타내기위함 ) = V /m [m 3 /kg] 밀도 (density): 단위체적당질량 = m /V [kg/m 3 ] ( = 1 / ) Thermodynamics. Definition 1 / 41

13 몰 (mol) 탄소의동위원소중 1 C 의질량 0.01 kg 에해당하는탄소원자수를아보가드로수 (Avogadro s number) N Avo 라고하며, 이수에대응하는물질의양을 1 몰 (mole) 이라함. 물질 1 몰의질량을분자량 (molar mass) 이라하며, 흔히 M 으로표시. 따라서 1 C 의분자량은다음과같다. M = 1 g/mol = 1 kg/kmol 아보가드로수는 N Avo = 6.0x10 3 /mol = 6.0x10 6 /kmol 한편, 물질 n 몰의질량 m 은다음과같다. m = nm Thermodynamics. Definition 13 / 41

14 과정 (Process) 과정 (process): 계를구성하는물질이한상태에서다른상태로변화할때상태가변해가는연속된경로 (path) 과정종류 : 정압과정, 정적과정, 등온과정, 단열과정, 등엔트로피과정, 폴리트로픽과정 p 1 p T 1 T 1 1 s [ 정압과정 ] [ 정적과정 ] [ 등온과정 ] [ 단열과정 ] s 사이클 (cycle): 어떤물질의상태가일련의과정을거친후다시최초상태로돌아왔을때계는사이클을이루었다고함. 따라서사이클이완료되면계의열역학적상태량은계가최초에가졌던상태량과동일해짐 가역과정 (reversible process): 어떤진행된과정을거꾸로진행시켰을경우계및주위가최초상태로되돌려질수있는과정 마찰손실을수반하지않는과정 유체마찰과열전달이없는경우가역과정이가능하지만유체가흘러가는동안마찰과열전달이필수적으로수반되기때문에가역과정은실질적으로불가능 열역학에서이론적으로취급하는모든과정은가역과정으로가정. 이는각종열기관에서실제로발생하는유체마찰에의한손실과열전달손실을이론적으로반영하기어렵기때문임 비가역과정 (irreversible process): 과정이진행되는동안마찰손실을수반하는과정 Thermodynamics. Definition 14 / 41

15 Temperature [1/5] Thermodynamics. Definition 15 / 41

16 Temperature [/5] [ Motion of molecules ] -50C 0C 00C 500C 1,000C 압축 팽창 온도및압력상승 ( 단위체적당분자밀도증가 ) 온도및압력하강 ( 단위체적당분자밀도감소 ) Thermodynamics. Definition 16 / 41

17 절대온도 측정온도 100 등분 180 등분 Temperature [3/5] 상용온도 vs. 절대온도 온도단위 세가지온도단위 : 섭씨온도, 화씨온도, 절대온도 가장많이사용하는섭씨온도는 1 기압에서얼음이녹는점 ( 물이고체에서액체로상변화를일으키는점 ) 을 0, 끓는점을 100 로정하여그사이를 100 등분한온도단위 Celcius Fahrenheit 100C Boiling point of water 1F 현재온도 미국등에서주로사용하는화씨온도는 1 기압에서얼음이녹는점을 3, 물이끓는점을 1 로정하여그사이구간을 180 등분한온도단위 0C Icing point of water 3F 19 세기캘빈경이정한온도눈금인절대온도는국제표준으로사용하는온도체계이며, 절대온도 0 도는기체분자의이동이없는상태의온도로서이론적으로가능한최저온도이며, 절대온도 0 도 (K) 는 o F T C T 5 ( 3 o C T F ) T 절대온도 0 ( 분자이동없음 ) Thermodynamics. Definition 17 / 41

18 Temperature [4/5] 절대온도 0 도는모든분자운동이정지되어있을때의이론적온도 ( 따라서절대온도 0 도이하로내려갈수없음 ) 이때 Rankine (R) 과 Kelvin (K) 온도는모두 0 이된다. 절대온도 K = C (73) R = F (460) 각종열역학계산식에사용하는모든온도는항상물리적으로의미를가지고있는절대온도라야함 Thermodynamics. Definition 18 / 41

19 Temperature [5/5] 열역학제 0 법칙 물체 A 와물체 C 가열평형을이루고있다고가정하자. 그리고물체 B 가물체 C 와열평형을이루고있다면물체 A 는물체 B 와열평형을이루며, 이세물체는모두동일한온도를가진다. 이를열역학제 0 법칙이라한다. 절연체 Q mcdt A B T 1 (Hot) Heat Q T (Cold) 전도체 C In the process of reaching thermodynamic equilibrium, heat is transferred from the warmer object to the cooler object. At thermodynamic equilibrium heat transfer is zero. Thermodynamics. Definition 19 / 41

20 Pressure [1/11] 압력 : 단위면적에작용하는힘 p F A Thermodynamics. Definition 0 / 41

21 Pressure [/11] Compression vs. Expansion 압축 팽창 온도및압력상승 ( 단위체적당분자밀도증가 ) 온도및압력하강 ( 단위체적당분자밀도감소 ) Mass = m V 1 V Opposing force Thermodynamics. Definition 1 / 41

22 Thermodynamics. Definition / 41 W W W Volume = 44.8 liters Pressure = 10 psia Gas Weight = 0.45 kg Volume = 44.8 liters Pressure = 0 psia Gas Weight = 0.90 kg 압력변화에따른공기무게변화 Pressure [3/11]

23 Pressure [4/11] Atmospheric Pressure [1/3] 기압 (barometric pressure) 이라고도부리는대기압 (atmospheric pressure) 은지구의대기권에있는공기의무게에의해발생하는압력 대기압은측정위치상부에있는공기의무게에의해크기가결정 대기압은그지역의공기의밀도에의해결정된다고볼수있음 저압지역은그지역상부에적은공기질량을가지며, 고압지역은그지역상부에많은공기질량을가짐 고도가증가함에따라그고도상부에있는공기질량이줄어들기때문에대기압감소 일반적으로해수면 (sea level) 에서의압력을표준대기압 (standard atmospheric pressure) 이라하며, 1 atm 이라표기함 1 atm 은다음과같이여러가지단위로나타낼수있음 표준대기압 1 atm = 760 mmhg = kg/cm = ata = mbar = Pa (= N/m ) = 14.7 psi = 116 lb/ft = 9.9 inhg = 34 fth O Top of the atmosphere X Unit area Weight of the air in the column applies a pressure to point X Surface or Altitude Thermodynamics. Definition 3 / 41

24 Pressure [5/11] Atmospheric Pressure [/3] Thermodynamics. Definition 4 / 41

25 Pressure [6/11] Atmospheric Pressure [3/3] 대기권가장자리 이공기분자들은이고도의압력에기여 이공기분자들은이고도의압력에기여 Thermodynamics. Definition 5 / 41

26 Gage Pressure & Vacuum Pressure Pressure [7/11] 계기압력은계와주위사이의압력차이를나타냄 계기압력은주위압력인대기압을기준으로측정된압력. 따라서계내부에연결하기전의계기압력계는눈금이 0(zero) 계 (system) 경계 깊이가 z 인바닷속에서절대압력은 p atm +gz 이지만계기압력은 주위 gz 임의의위치에서전체압력이 p 라면, 절대압력이 p 이며, 계기압 력은 p-p atm 계기압력을나타내기위해압력단위에 g 를덧붙임 ( 예 : psig, kpag) 어떤계내부압력이대기압보다낮은경우음 (-) 의계기압력을 가진다. 일반적으로계기압력에서음 () 의부호는사용하지않음. 음의 계기압력 (negative pressure) 을진공압력 (vacuum pressure) 이 라함 완전진공 (perfect vacuum) 은절대온도 0 도에서측정된압력 Thermodynamics. Definition 6 / 41

27 대기압력 절대압력 Pressure [8/11] Absolute Pressure 절대압력 (absolute pressure) 은유체 대기압이상의압력 에의해표면에작용하는힘의절대값을단위면적으로나눈값으로정의 계기압력 - 절대압력과대기압의차이를읽는압력계를이용하여측정 절대압력은절대척도 (absolute scale) 를사용하여, 즉완전진공을 0으로기 대기압 기압계를이용하여측정 준하여측정한압력따라서절대압력은대기압과계기압력 진공압력 대기압과절대압력의차이를읽는진공계를이용하여측정 을합친값 ( 절대압력 = 대기압력 + 계기압력 ) 대기압이하의압력 절대압력 절대압력 0 ( 완전진공 ) Thermodynamics. Definition 7 / 41

28 Static Pressure & Dynamic Pressure [1/] Pressure [9/11] Velocity distribution V = 0 Pitot tube Static pressure tap Various pressure probes; (a) Static pressure probe. (b) Total pressure Pitot probe. (c) Kiel total pressure probe accurately measures the flow up to.5 from the flow stream. (d) Combination static pressure and total pressure Pitot tube (Pitot-static tube) Thermodynamics. Definition 8 / 41

29 Static Pressure & Dynamic Pressure [/] Pressure [10/11] 유체가흘러가는파이프나덕트벽면에서유체의속도는 0, 이때벽면에형성되는압력을정압 (static pressure) 이라함. 이런이유때문에정압을정지상태의유체에작용하는압력이라고도함. 그러나유체흐름과평행한면에는어떤추가적인압력이형성되지않기때문에유체가흘러가는경우에도흐름에평행한면에는정압만작용그러나유체가흘러가는경우흐름방향에수직인면에는추가적인압력이작용하는데, 이를동압 (dynamic pressure) 이라함따라서유동방향을향한계측기는정압과동압을합친값을측정하며, 이값을전체압력 (total pressure) 또는정체압력 (stagnation pressure) 이라함 위식으로부터동압은정압에관련된압력으로써일종의차압 (differential pressure) 이라는것을알수있음. 따라서동압은계기압력도절대압력도아님 동압은유체의속도와유량을계산하기위해사용 동압을정확하게측정하기매우어려움. p t = total pressure p p o = stagnation pressure t p o 1 V 따라서동압은피토관 (Pitot tube) 을이용하여전압과정압을측정하여그차이를이용하여계산 p s 1 V p s = static pressure = dynamic pressure Thermodynamics. Definition 9 / 41

30 Total Pressure & Stagnation Pressure Pressure [11/11] 가역단열과정을등엔트로피과정이라함전체압력은가역단열과정에서나타나는압력정체압력은가역과정이아니거나단열과정이아닌과정에서나타나는압력그러나압력측정영역에서이들차이는작기때문에대부분의교재에서전체압력과정체압력을서로동일한개념으로사용그러나작동유체가액체인경우전체압력 (total pressure) 은정체압력과높이수두 (elevation head) 의합으로 정의 p t p o gz Differential Pressure 차압이란두지점사이의압력차이를의미차압센서는분리되어있는두군데의압력차이를측정하기위하여사용대부분의계기압력은차압센서를이용하여매체와대기압력차이를측정예를들면, 차압은어떤장치의입구와출구사이에서발생하는압력강하 ( 압력손실 ) 를점검하기위해사용 p System Thermodynamics. Definition 30 / 41

31 단위계 단위계국제단위계공학단위계단위환산 기본단위 길이 (m) 질량 (kg) 시간 (sec) 길이 (m) 힘 (kg f ) 시간 (sec) 질량 kg kg f s /m 힘 N (Newton) kg f 1 kg f = 9.81 N 압력 Pa (=N/m ) kg f /m 1 kg f /cm = 98,069 Pa 일 ( 에너지 ) J (Joule) kg f m 1 kg f m = 9.81 J 열량 J (Joule) kcal or Btu 1 kcal = 47 kg f m = kj 1 Btu = 778 lb f ft = kj 동력 W (Watt) PS 1 PS = 75 kg f m/s = W 대부분의국가에서국제단위계사용 국제단위계는기본단위로길이 (length), 질량 (mass), 시간 (time) 을사용 국제단위계에서힘의단위로 N (Newton) 사용 1 N = 1 kg 1 m/s = 1 kg m/s Thermodynamics. Definition 31 / 41

32 Force 일을할수있는능력 미는것또는당기는것을의미 두물체사이에서또는물체와그물체의환경사이에서상호작용을의미 접촉힘 : 직접접촉에의한힘 비접촉힘 : 중력, 전기력, 자기력과같이떨어져있는두물체에작용하는힘 F d( mv) dt dv m dt ma 힘의단위 SI 단위계 : N (Newton) 1 N = 1 kg m/s 공학단위계 : kg (kg f ) 1 kg f = 1 kg 9.81 m/s = 9.81 N 무게 (weight): 지구가물체를당기는힘 W mg Thermodynamics. Definition 3 / 41

33 Force Caused by Fluid Flow F = d(mv)/dt = Vdm/dt = mv F = mv = V A m = VA Nozzle, V A F R Reaction Action Control Volume Thermodynamics. Definition 33 / 41

34 Work [1/4] 정의 If a force acts on a mass and moves it through a finite distance, it is said to have done work(w). Work = Force acting in the direction of movement Distance pa 피스톤운동 F F F F x x W = F s [J] W = F(cos) s = F cos s 1 J = 1 Nm = 1 kg m /s Thermodynamics. Definition 34 / 41

35 Work [/4] Thermodynamic Work 일 (work) 과열 (heat) 은열역학적상태량이아니라에너지상태및열역학적상태량을달라지게하는열역학적인양이다. 일이란에너지전달 (energy transfer) 이며, 어떤물체에힘을가하여일정한거리를이동시켰을때물체의이동방향으로작용하는힘의성분과물체의이동거리를곱한값으로정의한다. 따라서일이란계의열역학적상태량을달라지게하는에너지라고할수있다. 이에대한이해를돕기위하여실린더내부를채우고있는기체를압축시키는피스톤을생각해보자. 힘을가하여피스톤을압축시키는것은일을가하는것이다. 이경우피스톤내부를채우고있는기체의온도와압력은상승한다. pa 피스톤운동 따라서일이열역학적상태량을달라지게한다는것을알수있다. 통상적으로일이계내부로전달되는경우음 (negative) 의일이라하며, 일이계를빠져나오는경우양 (positive) 의일이라한다. Thermodynamics. Definition 35 / 41

36 Work [3/4] Kinetic Energy and Work-Energy Theorem ( 운동에너지와일 - 에너지정리 ) 일차원등가속도운동 : V V ax 1 V V a 1 x F V V1 F 그러므로다음과같은관계성립, F V V ma m x 1 x W Fx 1 mv 1 mv 1 (a) 1 mv 여기서을운동에너지 (kinetic energy) 라부르고, KE로표시한다. KE 1 mv 식 (a) 가의미하는내용은, 물체에작용하는알짜힘이한일은그물체의운동에너지변화와같다. 여기서중요한것은어떤물체에가해진일의크기는그물체의운동에너지로바뀐다는점이다. 따라서일과에너지는물리적으로동일하다는것이다. Thermodynamics. Definition 36 / 41

37 Work and Energy with Varying Forces Work [4/4] W b a F i dx F x 면적 = F x x F x 면적 = 일의크기 a x b x a b x Thermodynamics. Definition 37 / 41

38 Power 동력 (power): 단위시간당일의크기를나타내며, 일률이라고도함 ( W ) 동력 = 일 / 시간 = 힘 거리 / 시간 = 힘 속도단위 : W(Watt) or PS 1 W = 1 N m/s = 1 J/s ( 국제단위계 ) 1 PS = 75 kg f m/s = W ( 미국식 ) ( 공학단위계 ) 1 HP = kg f m/s = PS = 746 W ( 영국식 ) 종류 : 직선동력과회전동력 직선동력 = 힘 속도 회전동력 = 토크 각속도 F F r 회전동력 = 힘 거리 / 시간 = F r/t = T ( 토크 각속도 ) 각속도 : = n/60 (n = rpm) W nt 60 Thermodynamics. Definition 38 / 41

39 Potential Energy W F z mgz 1 mgz 물체에일을공급하면물체의상태량이달라짐 물체를새로운위치로들어올리기위해공급한일을다른물체가일을하는데사용할수있기때문 예를들어일을공급해서들어올린물체를낙하시키면로프를통해다른쪽에매달린다른물체를들어올릴수있다 F m z m 어떤무게를들어올릴수있는능력이에너지라고알려져있는상태량 질량 m 을가지는물체의위치에너지크기는다음과같다. z m z 1 m z m z PE mgz m 열역학에서일과에너지사이의관계를정확하게이해하는것은매우중요 일반적으로에너지는일을할수있는양 (capacity) 이라고정의 한편, 일은에너지전달이라고정의 여기서중요한것은일과에너지의차원이같다는것임 열 (heat) 또한에너지이기때문에일, 열, 에너지는모두같은차원이며, 이는다음장에서살펴볼열역학제 1 법칙에반영되어있음 Thermodynamics. Definition 39 / 41

40 에너지보존법칙 에너지보존법칙 : 에너지는한형태에서다른형태로변화할수있는양이지만결코창조되거나소멸되지않는다. 역학적에너지보존 ( 중력만작용하는경우 ): 운동에너지와위치에너지의합을계의역학적에너지라부르며, 역학적에너지는보존된다. 즉운동에너지와위치에너지의총합은변하지않는다는것이역학적에너지보존법칙이다. 따라서다음과같은관계가성립한다. KE1 PE 1 mv mgz 1 mv mgz PE1 KE 1 1 이관계식을이용하면단진자가 = 0 이되는지점을통과할때의속도를구할수있으며, 그값은다음과같다. l m V gl(1 cos ) Thermodynamics. Definition 40 / 41

41 질의및응답 작성자 : 이병은 ( 공학박사 ) 작성일 : (Ver.5) 연락처 : ebyeong@daum.net Mobile: 저서 : 실무발전설비열역학 / 증기터빈열유체기술 Thermodynamics. Definition 41 / 41