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[일반물리학] 열역학 실험 보고서
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실험목표
○단열상태에서의 압력과 부피의 관계는 로 표현할 수 있다. 실험을 통해서 그래프를 구하고 이 그래프를 이용해서 이때의 값을 구해본다.
○단열되는 실린더에 압력과 온도의 변화를 주면서 그래프를 그려보고 이때의 현상이 어떻게 발생하는지를 알아본다.이론적 배경
○ 의 증명
등적 몰비열을 , 등압몰비열을 라고 하면 , 가 성립한다.
단열과정에서는 열의 출입이 없기 때문에 열역학 제1법칙에서 에서 가 0이된다. 따라서 로 표현할 수 있다. 이때 이고 로 표현할 수 있다. 이상기체 상태방정식에 의해서 로 나타낼 수 있다. 이 식들을 이용해서 식을 정리하면 로 표현할 수 있다. 이 식은 로 표현 할 수 있다.
이 때 단열용기 내에서 기체가 의 상태에서 의 상태로 팽창하였다면 위의 식을 미분 식으로 바꾸어 적분하면 단열변화를 나타내는 식을 구할 수 있다.
이식을적분하면를 구할 수 있다. 따라서 을 얻을 수 있다. 그러므로 하다는 것을 알 수 있다. 이때 이기 때문에 이라는 것을 알 수 있다. 이때 은 상수이기 때문에 (k=상수)라는 것을 알 수 있다.
○열기관과 열기관의 열효율
고온과 저온의 열원 사이에서 순환과정을 반복하면서 열에너지를 역학적 에너지로 변환하는 장치를 열기관이라고 한다. 열기관은 뜨거운 열저장 체에서 에너지를 얻어 만큼의 일을 하고 남은 에너지는 차가운 열저장체로 방출한다는 과정을 반복한다. 열기관이 지속적으로 작동하기 위해선 작동물이 순환 작동하는 순환과정을 거쳐야 한다.
순환과정당 한 일을 흡수한 열에너지로 나눈 값을 열효율이라고 정의 한다. 고온의 열저장 체에서 얻은 에너지를 이라고 하고 저온의 열저장 체를 통해서 나가는 에너지를 라고 하면 이다. 을 이용해서 구할 수 있다. 이때 저온의 열저장 체에서 잃는 에너지가 0이라면 이 열기관의 효율은 100%일 것이다. 열역학 제2법칙에 의해서 얻은 열에너지 전부를 역학적 에너지로 변환시키는 것은 불가능하므로 열효율이 100%인 열기관은 존재할 수 없으며 모든 열기관은 100%이하의 효율을 갖는다.
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2013.05.02
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