Chapter 1-4. 열역학 에너지의 형태(전달형태, 저장형태)

1. 저장형태(Transform) 에너지

• 계 내부에 저장되어 있는 에너지를 의미한다.
• 대표적인 저장형태는 내부에너지, 운동에너지, 위치에너지가 있다.
• 내부에너지는 분자의 운동, 진동, 회전, 전자적 상태 등 미시적 수준의 에너지 총합이다.
• 운동에너지는 계 전체의 질량이 이동할 때의 에너지이다.
• 위치에너지는 중력장 등 외부장에 의한 위치 변화로 저장되는 에너지이다.

 

2. 전달형태(Transfer) 에너지

• 계와 주위 사이에서 에너지가 이동하는 방식을 의미한다.
• 대표적인 전달형태는 열(heat)과 일(work)이 있다.
• 열은 온도차에 의해 고온에서 저온으로 이동하는 에너지이다.
• 일은 힘이 작용하여 계의 경계가 이동할 때 전달되는 에너지이다.
• 열과 일은 모두 계의 경계를 통과할 때만 정의되며, 계 내부에 저장될 수 없다.

 

3. 열의 전달방식은 전도, 대류, 복사로 구분된다.

• 전도는 분자 간 직접 접촉에 의해 에너지가 이동하는 방식이다.
• 대류는 유체의 대량 이동에 의해 에너지가 전달되는 방식이다.
• 복사는 전자기파 형태로 매개체 없이 에너지가 전달되는 방식이다.

 

4. 에너지의 저장형태와 전달형태는 열역학 제1법칙(에너지 보존법칙)에서 중요하다.

• 계의 에너지 변화는 저장형태(내부에너지, 운동에너지, 위치에너지)의 변화로 나타난다.
• 계와 주위 사이의 에너지 교환은 전달형태(열, 일)로만 이루어진다.

 

 

 

<에너지의 저장형태와 전달형태 비교 표>

구분	형태	설명	예시
저장형태	내부에너지	분자의 운동, 진동, 회전, 전자적 상태 등 미시적 에너지 총합	기체의 내부에너지, 액체의 내부에너지
저장형태	운동에너지	계 전체가 이동할 때의 에너지	움직이는 기차, 흐르는 강물
저장형태	위치에너지	중력장 등 외부장에 의한 위치 변화로 저장되는 에너지	높은 곳에 위치한 물체
전달형태	열(Heat)	온도차에 의해 고온→저온으로 이동하는 에너지	냄비에서 물이 데워지는 현상
전달형태	일(Work)	힘이 작용하여 계의 경계가 이동할 때 전달되는 에너지	피스톤이 밀려 올라가는 현상