[열역학] 이상기체의 법칙에 대해서 소개합니다. 보일의 법칙 / 샤를의 법칙/ 보일 샤를의 법칙 / 이상기체의 상태 방정식 / 가스의 비열
공학 도라면 한 번쯤 들어 봤을 이상기체(Ideal Gss)에 대해서 소개하려고 합니다. 우리가 이상형을 찾을 때도 '이상'이라는 단어를 사용하듯이 열역학에서도 '이상'이라는 단어를 사용합니다. 특히, 열역학 '이상기체'는 완전 기체라고 부르기도 합니다.
열역학에서 이상기체는 이상 기체 법칙을 따르는 가상의 기체를 의미합니다. 이상기체는 질서 없이(무질서) 운동하는 원자로 이루어진 가상의 기체를 말합니다. 또한 아래의 규칙을 모두 만족해야 이상기체로 인정받을 수 있습니다.
- 분자의 경로를 추적할 수 없는 동일한 분자들로 구성되어야 합니다.
- 뉴턴의 운동 법칙을 따라야 합니다.
- 분자의 자체 부피는 무시합니다.
- 분자들 각각의 속도와 운동방향을 가지고 있습니다.
- 분자들이 탄성충돌을 하는 것 이외에는 서로 상호작용을 하지 않습니다.
보일의 법칙
- 로버트 보일은 1627.01.25 잉글랜드의 물리학자입니다.
- 보일의 법칙은 이상 기체의 부피와 압력 간의 상관관계를 밝혀낸 법칙입니다.
- 온도가 일정하다고 가정했을 시 가스의 압력과 체적은 서로 반비례합니다.
- 주사기 입구를 막고 피스톤을 밀면 공기가 압축된다. 이때 부피를 반으로 줄이기 위해서는 처음 압력의 두배 강한 압력으로 밀어야 합니다.
- 보일의 법칙은 샤를의 법칙과 함께 보일 샤를의 법칙이라고 불립니다.
- 아래의 공식에서 P=기체의 압력, V=기체의 부피입니다.
샤를의 법칙
- 프랑스 물리학자 자크 알렉상드르 세사르 샤를이 제창한 법칙으로 샤를의 법칙이라고 부른다.
- 샤를의 법칙은 보일의 법칙과 함께 이상 기체의 상태에 관한 법칙을 정리한 법칙이다.
- 샤를의 법칙은 압력이 일정하다고 가정할 시 가스의 체적과 온도는 비례합니다.
- 온도가 올라가면 부피가 커지고 온도가 내려가면 부피가 작아지는 것입니다.
- 실생활에서 열기구가 샤를의 법칙 예시가 될 수 있습니다.
- 아래의 공식에서 V는 체적, T는 온도를 의미합니다.
보일 샤를의 법칙
- 보일의 법칙은 온도가 일정하면 기체의 압력과 체적은 반비례합니다.
- 샤를의 법칙은 압력이 일정하면 기체의 체적과 온도는 비례합니다.
- 보일과 샤를의 법칙을 조합하여 만든 법칙이 보일 샤를의 법칙입니다.
- 보일과 샤를의 법칙에서 기체의 압력과 체적은 온도에 비례합니다.
- 보일과 샤를의 법칙에서 기체의 체적은 압력에 반비례합니다.
- 아래의 공식에서 P는 압력이며, V는 체적, T는 온도입니다.
이상기체의 상태 방정식
- 이상기체의 상태 방정식이란 보일의 법칙, 샤를의 법칙, 보일 샤를의 법칙 등을 조합하여 만든 이상기체 상태 방정식이다.
- 압력, 부피, 온도 간의 이상기체를 나타내는 양의 상관관계를 나타내는 공식입니다.
- 이상기체 상태 방정식은 이상기체 일 때 적용되는 공식으로 실제 기체에 적용하면 오차가 생길 수 있습니다.
- 온도와 압력이 일정할 경우 같은 체적 내에 같은 수의 분자수를 갖습니다.
- 아래 공식에서 P는 압력, v는 체적, n은 기체의 몰수, R은 기체 상수를 의미합니다.
- R=8.3143㎥·pak^-1·mol^-1
가스의 비열(정적 비열, 정압 비열)
- 비열이란 어떤 물질의 온도를 올리는데 필요한 열량을 말합니다. 비열의 단위는 cal/g·K 혹은 J/g·℃이다.
- 비열은 어떤 물질 1g의 온도를 1℃만큼 올리는 데 필요한 열량입니다.
- 정적 비열이란 체적이 일정한 상태에서 기체 1kg의 온도 1℃만큼 올리는데 필요한 열량을 말합니다.
- 정압 비열이란 압력이 일정한 상태에서 기체 1kg의 온도 1K 높이는데 필요한 열량을 말합니다.
- Cv(정적 비열), Cp(정압 비열)입니다.
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