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과학

내부 에너지

내부 에너지과학
영문명
Internal energy
기호
U
기본 관계
ΔU=q+w
SI 단위
줄 J
내부 에너지는 열역학적 계의 에너지 상태를 나타내는 양이다. 닫힌 계에서 계로 들어온 열을 q, 계에 가한 일을 w로 정하는 부호 규약에서는 변화량을 ΔU=q+w로 나타낸다.

들어오는 열과 가해진 일

계를 기준으로 열이 들어오면 q를 양수로, 계에 일을 가하면 w를 양수로 잡는다. 예를 들어 열 120 J가 들어오고 계가 주변에 35 J의 일을 했다면 w=−35 J이므로 ΔU=85 J다. 열과 일의 부호를 각각 계의 관점에서 정해야 한다.

변화량과 전달 경로

같은 초기 상태와 최종 상태 사이의 내부 에너지 변화는 상태로 정해진다. 그 변화가 열과 일 가운데 어떤 경로로 전달되었는지는 별도의 과정 정보다. ΔU를 언제나 전달된 열 하나와 같은 양으로 놓을 수는 없다.

열이 없는 과정

열 교환이 없는 경우 q=0이므로 위 규약에서는 ΔU=w다. 이때 내부 에너지가 반드시 일정한 것은 아니다. 계에 일을 가하거나 계가 주변에 일을 하면 열 전달 없이도 내부 에너지 변화가 가능하다.

엔탈피와의 관계

엔탈피는 H=U+pV로 정의하므로 내부 에너지와 일반적으로 다른 양이다. 압력과 부피의 곱까지 포함하는지에 따라 열역학적 표현이 달라진다. 어떤 조건에서 내부 에너지 변화 또는 엔탈피 변화를 사용하는지 구별해야 한다.

관련 문서

엔탈피 / 열 / 에너지 / 줄 / 압력 / 부피 / 열역학