열역학 제1법칙. w = P•ΔV 대신 w = –P•ΔV ★

열역학 제1법칙. w = P•ΔV 대신 w = –P•ΔV

 

 

화학적 일에 (–)부호를 붙여 사용하는 이유

 

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▶ 참고: 화학적 일. 압력-부피 일. PV-Work

[ https://ywpop.tistory.com/5281 ]

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① 화학적 일(w)의 정의

화학적 일은 외부 압력(P)에 반하여 부피(V)가 팽창할 때 하는 일이다.

w = P•ΔV

( ΔV = 나중 부피 – 처음 부피 )

 

 

 

② 계가 일을 하면, 계의 내부 에너지(ΔE)는 감소한다.

ΔE = q + w

즉, 계는 일을 하는 과정에서 일의 형태로 내부 에너지를 잃는다.

( 사람도, 기계도, 일을 하면, 에너지를 소비하면서 잃는다. )

 

 

 

계가 일을 했다는 것은 계의 부피가 팽창했다는 것이다.

부피가 팽창하면, ‘나중 부피’는 ‘처음 부피’보다 크다.

즉, ‘나중 부피 – 처음 부피 > 0’ 이므로, ΔV는 양수(+)가 된다.

압력은 항상 (+)이므로, P•ΔV도 (+)가 된다.

즉, w의 부호는 (+)가 된다.

 

②에서, 계가 일을 하면, 계의 내부 에너지(ΔE)는 감소한다고 했는데,

w의 부호가 (+)가 되면, ΔE도 (+)가 되어, ②의 설명과 모순된다.

 

 

 

그래서...

w = P•ΔV 를 w = –P•ΔV 로 수정해서 사용한다.

 

 

 

w = –P•ΔV

이 식에서는 부피가 팽창하면, 즉 계가 일을 하면,

w의 부호가 (–)가 되어, ②의 설명과 일치한다.

 

 

w = –P•ΔV

( 참고 https://ywpop.tistory.com/6336 )

 

 

 

 

 

[그림] 계의 팽창 일. expand work.

> 피스톤 내부 = 계.

> (기체 발생 등의 이유로)

피스톤 내부의 부피가 증가(팽창)하면,

외부 상자는 (a)에서 (b)로 이동한다.

---> 팽창할 때, 계는 일을 한다.(–w)

 

> 반대로, 외부에서 에너지를 가해,

외부 상자를 (b)에서 (a)로 이동시키면,

계는 압축된다(부피 감소).(+w)

---> 외부 에너지에 의해 압축된 계는

나중에 팽창하면서 일을 할 수 있는

에너지를 얻은 셈이다.(ΔE > 0)

 

> 문제 지문에 팽창과 관련된 내용이 나오면,

계가 (주위에 대해서) 일을 한 것이고,(–w),

문제 지문에 압축과 관련된 내용이 나오면,

(주위로부터) 계가 일을 얻은 것이다.(+w)

 

 

 

 

▶ 1 atm•L = 101.325 J

▶ 0.08206 atm•L = 8.314 J

( 참고 https://ywpop.tistory.com/1988 )

 

▶ 1 Pa•m3 = 1 J

( 참고 https://ywpop.tistory.com/11834 )

 

 

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열역학 제1법칙

ΔE = q + w

 

 

 

[ 열과 일의 부호에 대한 국제 규약 ]

▶ 주위가 계에 가한 열, 해준 일 ⇨ +q, +w

▶ 계가 주위에 가한 열, 해준 일 ⇨ –q, –w

 

 

열역학 세계에서는 (반응)계가 세계의 중심이다.

따라서 계를 기준(중심)으로, 또는 계의 관점에서 봐야 된다.

 

 

 

 

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