2장 공부

2.1 순수 물질의 개요

 

순수 물질

: 항상 화학적으로 균질이고 안정된 일정한 화학적 조성을 갖는 물질

 한 가지 이상의 상으로 존재할 수 있다

ex) 공기는 서로 다른 성분 요소들이 주어진 특정 압력에서 가지는 응축 온도가     다르기 때문에 순수 물질 아니다.

 

• 기체  분자간의 충돌 반복

• 액체  분자 사이의 작용력에 의하여 자유계면 형성

• 고체  분자 위치 고정

 

2.2 순수 물질의 상변화 과정 –물 중심

 

[1] 압축액과 포화액

상변화 과정에서 온도는 일정

 

과냉각액, 압축액 ; 액체 상태. 같은 압력하의 포화 온도보다 낮은 온도 

포화액/ 습증기/ 포화 증기

과열 증기  

가스

 

[2] 포화 증기와 과열 증기

 

포화 증기, 건포화 증기

: 증발이 종료되는 점의 증기

 

습증기

: 증발 시작되는 포화액 점과 증발 종료되는 포화증기 점 사이의 구간은 액체와 증기가 공존하는 영역인 습증기영역

 

과열 증기

: 포화증기 점으로부터 더욱 가열하면 온도는 증발 온도보다 상승. 포화 온도보다 높은 온도에 존재하므로 과열 증기

 

과열도

: 과열 증기 온도와 포화 온도와의 차

 

[3] 포화 온도와 포화 압력

물질의 비등하는 온도는 압력에 따라서 변화

Ex) 물이 100°C 에서 끓는 것은 압력이 1atm일 경우.

è1atm 하에서 물의 비점이 100°C

 

포화 온도 ()

: 주어진 압력하에서 순수 물질이 증발, 즉 상변화가 일어나는 온도

 

포화 압력 ()

:주어진 온도에서 증발이 일어나는 압력

 

2.3 순수 물질의 상태량 선도

 

[1] T-v 선도

압력이 증가하면 증발 과정을 나타내는 수평선-포화선-의 길이는 점점 더 짧아짐

 

임계점

: 압력이 더욱 증가하여 임계 압력에 달하는 임계점에서는 증발 없이 액상에서

  증기로 된다

 

임계점에서의      온도- 임계 온도

압력- 임계 압력

비체적- 임계 비체적

 

압력이 임계 압력 이상이 되면 상변화 과정에 대한 구분이 나타나지 않으며,

비체적은 계속 증가

 

[2] P-v 선도

대부분의 물질은 응고 과정에서 수축

물은 반대로 빙결할 때 체적 증가 성질

 

물질의 3중점

: 고체 액체 기체의 3상이 모두 평형 상태로 공존 하는 상태의 점

 

3상 상태를 나타내는 선을 3중선이라 하고 이 선상에서 물질의 온도와 압력은 일정하나 비체적은 변화

àP-T선도 위에서는 3중점 (TP)

 

[3] P-T 선도 (=상 선도)

고체/증기 - 승화곡선

액체/증기 – 증발 곡선

고체/액체 – 융해 곡선

è세 곡선 3중점에서 만남

 

2.4 순수 물질의 열역학적 상태량

 

[1] 열역학적 상태량에 관한 표

증기의 열적 상태량은 기준 상태에서의 값과의 차로서 표시

Ex) 수증기의 경우 기준 상태로 물의 3중점을 정함

 

증기의 열역학적 상태량

à 온도, 압력, 비체적,

   내부에너지, 엔탈피, 엔트로피

증기표

: 증기의 열역학적 상태량 값을 온도 또는 압력을 기준으로 하여 표로 만든 것

 

내부에너지 (U)

: 물질이 가지고 있는 총 에너지 중에서 역학적 에너지와 전기적 에너지를 제외한

 나머지

-물질이 가진 에너지 à U, PV

 

엔탈피

: 물질이 가지고 있는 내부에너지 U 와 물질의 PV의 합

à개방계에서 중요한 상태량!!

엔탈피 H kJ

비엔탈피 h kJ/kg

 

[2] 증기표

증기표

: 물에 대한 포화액과 포화 증기의 여러 가지 열역학적 성질을 온도 또는 압력 기준으로 나타내는 표

 

증발열 (증발잠열)

: 포화 증기의 엔탈피와 포화액의 엔탈피의 차 ()

필요로 하는 에너지 양

 

[3] 습증기의 상태량과 건도

습증기

: 포화액과 포화 증기가 일정 온도, 압력하에서 공존하고 있는 혼합물.

 

습증기 상태에서는

관계가 있다.

온도와 압력이 독립적으로 변화하는 상태량이 아니기 때문에 열역학적 상태를 규정하지 못한다.

순수 물질의 경우 열역학적 상태를 규정하기 위해서는 두 개의 독립적인 강도성 상태량을 요구하고 따라서 습증기의 열역학적 상태량을 정확히 나타내기 위해 다른 물리량인 "건도" 가 필요하다.

 

건도

: 1kg의 습증기 중에 x kg이 포화 증기이고, 나머지 부분인 (1-x) kg이 포화액일 때의 x를 말한다. 이 때 (1-x)를 습도라 한다.

*습증기의 건도 구하는 과정

Ex) 체적 V 안 습증기 중 포화액의 체적, 포화 증기의 체적

(증기의 건도 < 1) 이면 습증기

비내부 에너지 u, 비엔탈피 h, 비엔트로피 s 다 같은 방식으로 구한다.

 

[4] 과열 증기

습증기 선도의 포화 증기선의 우측 영역에 단일상인 증기상으로 존재

임의의 압력 P인 포화증기를 포화 온도로부터 임의의 온도까지 가열하면 P, T 상태의 과열 증기로 된다.

따라서 과열 증기의 열적 상태량은 압력 P에 대응하는 포화온도로부터 T 까지 상승시키는 데 필요한 엔탈피, 내부 에너지, 엔트로피 등으로부터 구할 수 있다.

 

[5] 압축액 (과냉각액)

포화액의 상태량으로부터 근사 계산

압력 변화에 따른 영향은 엔탈피가 가장 크고 비체적은 영향이 거의 없다.

 

[6] 증기표의 보간

독립 변수의 증분이 작을 때 선형보간 (거의 선형보간법을 이용)

구하고자 하는 열역학 성질 X, 온도가 주어졌다고 할 때

 

참고) 엔트로피 s – 온도비의 대수에 비례

 

2.5 습증기의 상태 변화

2.6 실재 가스와 압축계수

 

Boyle-Charles 법칙

: 일정량의 기체의 체적은 압력에 반비례, 절대온도에 비례

( )

 

이상기체는 위치만 존재하며 분자 사이의 힘이 작용하지 않는다.