소방유체역학›열역학

열역학 기초와 제1법칙

Thermodynamics Basics

열역학의 기본 개념
💡 열역학 = 에너지 변환의 학문
①열역학은 열과 일의 상호 변환을 다루는 학문
②"계(System)"를 정하고 경계를 넘는 열과 일을 추적
③소방에서 화재는 화학에너지 → 열에너지 변환 현상

📂

🌳열역학 계(System) 분류
상태량과 비열

📊

📊주요 상태량
상태량기호단위특징
압력PPa, kPa단위면적당 힘
온도TK, °C열평형 척도
체적Vm³공간 차지 크기
내부에너지UkJ분자운동 에너지
엔탈피H = U + PVkJ등압과정에서 유용
비열 관계
Cp - Cv = R
정압비열 - 정적비열 = 기체상수. 비열비 κ = Cp / Cv
P-V 다이어그램과 일(Work)
0등압

P-V 다이어그램 — 면적이 곧 일(W)

💡 P-V 그래프에서 면적 = 일
①등압(P일정): W = PΔV — 가장 단순
②등적(V일정): W = 0 — 체적 변화 없으면 일 없음
③등온(T일정): W = nRT·ln(V₂/V₁) — 곡선 아래 면적
④면적이 클수록 많은 일을 한 것
열역학 제1법칙: 에너지 보존
100 kJ
40 kJ

에너지 흐름도 — Q = ΔU + W

열역학 제1법칙
Q = ΔU + W
계에 공급된 열(Q) = 내부에너지 변화(ΔU) + 외부에 한 일(W)
💡 제1법칙의 본질
①에너지는 생성도 소멸도 되지 않는다
②열을 가하면 → 온도가 올라가거나(ΔU) → 팽창해서 일(W)을 한다
③Q > W이면 내부에너지 증가(온도 상승)
④Q < W이면 내부에너지 감소(온도 하강)
총정리
열역학 제1법칙
Q = ΔU + W
에너지 보존: 공급열 = 내부에너지 변화 + 외부 일
비열 관계식
Cp - Cv = R
이상기체에서 정압비열과 정적비열의 차이 = 기체상수
🎯 시험 포인트
①제1법칙: Q = ΔU + W — 부호 방향(계 기준) 주의
②밀폐계: 질량 이동 없음, 개방계: 질량 이동 있음
③등압과정 Q = nCpΔT, 등적과정 Q = nCvΔT
④엔탈피 H = U + PV — 등압과정에서 Q = ΔH
⑤비열비 κ = Cp/Cv — 단열과정 계산에 필수