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과학

열역학계

열역학계과학
영문명
Thermodynamic system
분석의 출발
계의 경계 설정
주요 분류
열린계와 닫힌계 및 고립계
주변
선택한 계의 바깥
열역학계는 열과 일, 물질 및 상태 변화를 분석하기 위해 선택한 대상이다. 계와 주변을 나누는 경계를 정한 뒤 그 경계를 통과하는 물질과 에너지의 유무로 열린계, 닫힌계, 고립계를 구별한다.

경계를 먼저 정한다

같은 장치도 무엇을 계로 선택하는지에 따라 분석이 달라진다. 밀폐 용기 안의 기체만 볼 수도 있고 용기와 가열 장치를 함께 포함할 수도 있다. 경계가 어디에 있는지 정해야 열, 일, 물질의 출입을 일관되게 셀 수 있다.

열린계의 물질 출입

열린계는 경계를 통해 물질이 드나들 수 있는 계다. 유체가 들어오고 나가는 장치를 생각할 수 있으며 유입과 유출이 실어 나르는 에너지도 수지에 포함한다. 들어오는 질량과 나가는 질량이 같아 내부 질량이 일정하더라도 물질 출입이 있으면 닫힌계로 바뀌는 것은 아니다.

닫힌계가 막는 것은 물질

닫힌계는 경계를 통한 물질의 출입이 없다. 그렇더라도 열이나 일의 형태로 에너지를 주고받을 수 있다. 밀폐된 기체를 외부에서 가열하거나 피스톤으로 압축하는 경우를 생각하면 물질 차단과 에너지 차단의 차이를 볼 수 있다.

고립계와 단열의 구별

고립계는 주변과 물질도 에너지도 교환하지 않는 계다. 반면 단열은 열 전달이 없다는 조건이므로 일이 전달될 가능성까지 모두 배제하지 않는다. 실제 장치를 고립계로 근사할 때에는 분석할 시간 동안 누설과 외부 상호작용을 무시할 수 있는지 판단해야 한다.

관련 문서

열역학 / 열 / 일 / 내부 에너지 / 단열 과정 / 엔트로피 / 상태 함수 / 에너지