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온도로 인해 빛이 방출되는 백열을 보여주는 빛나는 뜨거운 금속 막대는 종종 열의 원천으로 인식됩니다.

열역학에서 온도차로 인해 계들 사이에 전달되는 열에너지입니다.[1]구어적으로 사용할 때, 열은 때때로 열 에너지 그 자체를 가리킵니다.열 에너지는 물질 내의 원자들이 진동하고 충돌하는 운동 에너지입니다.

금속 막대가 뜨거운 끝에서 차가운 끝으로 "열을 전도"하는 오른쪽 사진에서 공식 대 비공식적인 사용의 예를 얻을 수 있지만, 금속 막대가 열역학적 계로 간주된다면 금속 막대 안에서 흐르는 에너지는 열이 아닌 내부 에너지라고 불립니다.뜨거운 금속 막대는 또한 열을 주변으로 전달하고 있는데, 는 엄격한 열의 의미와 느슨한 의미 모두에 대한 정확한 설명입니다.비공식적으로 사용되는 또 다른 예는 물리학에서 열을 에너지 전달로 정의하고 있음에도 불구하고함량이라는 용어입니다.더 정확하게 말하면, 그것은 진동 모드의 미세한 자유도에 저장되기 때문에 시스템 또는 신체에 포함되는 열 에너지입니다.[2]

열은 미시적인 원자 운동 방식이나 그에 상응하는 거시적 특성을 포함하는 메커니즘에 의해 열역학계로 전달되거나 열역학계로부터 전달되는 에너지입니다.[3]이러한 기술적 특성은 열역학적 일 또는 물질 전달에 의한 에너지 전달을 배제합니다.공정에 관련된 열은 정량적으로 정의되며, 시스템의 최종 상태와 초기 상태 사이의 내부 에너지 차이이며, 공정에서 수행된 작업을 뺀 값입니다.[4]이것이 열역학 제1법칙의 공식입니다.

열로써 전달된 에너지를 측정하는 것을 열량 측정법이라고 하며, 상호작용하는 물체의 상태에 미치는 영향을 측정합니다.예를 들어, 열은 녹은 얼음의 양으로 측정될 수도 있고, 시스템 주변의 물체의 온도 변화로 측정될 수도 있습니다.[5]

국제 단위계(SI)에서 열의 측정 단위는 에너지의 한 형태로서 줄(J)입니다.

표기 및 단위

열은 에너지의 한 형태로서 국제 단위계(SI)에서 단위 (J)을 갖습니다.또한 많은 응용 공학 분야에서는 영국 열 단위(BTU)와 칼로리와 같은 다른 전통적인 단위를 사용합니다.난방 속도의 표준 단위는 와트(W)로 초당 1줄로 정의됩니다.

열의 상징 Q1859년 루돌프 클라우지우스와 맥쿼른 랭킨에 의해 소개되었습니다.[6]

시스템이 주변으로 방출하는 열은 관례적으로 음의 양(Q < 0)입니다. 시스템이 주변으로부터 열을 흡수하면 양(Q > 0)입니다.열 전달률, 즉 단위 시간당 열 흐름은 ˙ 로 표시되지만 열은 상태 함수가 아니므로 상태 함수(점 표기로도 쓸 수 있음)의 시간 미분이 아닙니다.열 유속은 단위 단면적당 열 전달 속도(제곱미터당 와트)로 정의됩니다.

고전 열역학

열과 엔트로피

루돌프 클라우지우스

1856년, 루돌프 클라우지우스는 물질의 이동이 일어나지 않는 닫힌계를 언급하면서 열역학의 기계론에서 두 번째 기본 정리(열역학 제2법칙)를 정의했습니다."다른 영구적인 변화 없이 서로를 대체할 수 있는 두 변환이 동등하다고 할 때, 온도 T에서 발생하는 열의 양 Q의 생성은 동등한 값을 갖습니다.[8][9]

1865년, 그는 온도 T에서 열의 양 Q의 공급으로 인해 계의 엔트로피는 다음과 같이 증가하는 S로 상징되는 엔트로피를 정의하게 되었습니다.

(1)

일을 하지 않고 열로 에너지를 전달할 때, 열을 잃는 환경과 그것을 얻는 계 모두에서 엔트로피의 변화가 있습니다.시스템에서 엔트로피의 증가인 δS'는 두 부분으로 구성될 수 있습니다. 즉, 환경에서 엔트로피의 변화인 - δS'와 '생성된' 또는 '생성된' 것으로 간주될 수 있는 추가적인 증가인 δS'입니다. 따라서 '보상되지 않은' 것이라고 할 수 있습니다.따라서

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따라서 시스템과 주변 환경에서 엔트로피의 전체 변화는

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그러면 엔트로피 δS'의 양이 주변에서 시스템으로 전달되었다고 합니다.엔트로피는 보존된 양이 아니기 때문에, 이것은 전달된 양이 보존된 양인 일반적인 표현 방식에 대한 예외입니다.

열역학 제2법칙에 따르면 계의 온도가 주변의 온도와 다른 자발적인 열전달에서는 다음과 같습니다.

전달에 대한 수학적 분석을 위해, 우리는 의 온도 T가 주변의 온도보다 거의 작지 않고 전달이 감지할 수 없을 정도로 느린 속도로 일어나는 가역적이라고 불리는 가상의 과정을 생각합니다.

식 (1)의 위의 정의에 따라, 이러한 가상의 가역적 과정에 대해, 전달된 δQ(정확하지 않은 미분)의 양은 dS(정확한 미분)를 갖는 양 TdS로 분석됩니다.

이 등식은 엔트로피의 생성이 없는 가상의 전이, 즉 보상되지 않은 엔트로피가 없는 경우에만 유효합니다.

반대로, 과정이 자연스럽고, 비가역성을 가지고 실제로 일어날 수 있다면, dSuncompensated > 0인 엔트로피 생성이 있습니다.uncompensated TdS는 클라우지우스에 의해 "비보상 열"이라고 불렸지만, 그것은 오늘날의 용어와 일치하지 않습니다.그럼 한 명은.

이것이 그 진술로 이어집니다.

이것은 닫힌계에 대한 열역학 제2법칙입니다.

국소 열역학적 평형의 가설을 가정하는 근사를 만드는 비평형 열역학에서는 이에 대한 특별한 표기법이 있습니다.열로써 에너지를 전달하는 것은 극소의 온도차에 걸쳐 일어난다고 가정되며, 따라서 시스템 요소와 그 주변은 충분히 같은 온도 T를 가지고 있습니다.그러면 한명은 글을 씁니다.

정의상

자연적 과정에 대한 제2법칙은 다음과[10][11][12][13] 같이 주장합니다.

열과 엔탈피

닫힌 계(무물질이 출입할 수 없는 계)의 경우, 열역학 제1법칙의 한 버전은 계의 내부 에너지 δU의 변화가 계에 공급되는 열의 양 Q에서 그 주변에서 계가 수행하는 열역학적 작업의 양을 뺀 것과 같다고 말합니다.본 논문에서는 상술한 작업용 기호 규약을 사용하지만, 작업용 기호 규약은 IUPAC에 이어 시스템에서 수행되는 작업을 주변 환경에 의해 긍정적인 것으로 간주하는 것입니다.이것은 Peter Atkins와 Ira Levine에 의한 것과 같은 물리 화학의 많은 현대 교과서들에 의해 채택된 관습이지만, 물리학에 관한 많은 교과서들은 일을 시스템에 의해 행해지는 일로 정의합니다.

δU가 단열 작업의 공정으로만 정의되고 측정된다고 가정할 경우, 이 공식은 순수하게 단열 작업의 개념에 근거하여 열로 전달되는 에너지의 양에 대한 정의를 표현하도록 다시 작성될 수 있습니다.

계가 수행하는 열역학적 작업은 열역학 상태 변수, 예를 들어 부피 V에 의해 정의되는 메커니즘을 통해 이루어지는 것이지, 주변에 반드시 메커니즘을 포함하는 변수를 통해 이루어지는 것은 아닙니다.후자는 샤프트 작업과 같은 것이고, 등각 작업을 포함합니다.

내부 에너지 U상태 함수입니다.열 기관의 작동과 같은 순환 과정에서 작동 물질의 상태 함수는 순환이 완료되면 초기 값으로 돌아갑니다.

극소 과정에서 내부 에너지에 대한 미분 또는 극소 증분은 정확한 미분 dU입니다.정확한 미분 기호는 소문자 d입니다.

반대로, 무한소 프로세스의 무한소 증분 δQ 또는 δW 중 어느 것도 시스템의 상태 함수의 변화를 나타냅니다.따라서 열과 일의 최소 증가량은 정확하지 않은 차이입니다.소문자 그리스 문자 델타인 δ는 부정확한 미분의 상징입니다.계가 떠나고 같은 열역학 상태로 돌아가는 과정에서 부정확한 미분의 적분이 반드시 0이 되는 것은 아닙니다.

위에서 다시 설명했듯이, 열과 엔트로피 부분에서, 열역학 제2법칙은 만약 열이 가역과정에서 계에 공급된다면, δQ의 증가와 온도 T정확한 미분을 형성한다는 것을 관찰합니다.

그리고 작업체의 엔트로피인 S가 상태 함수라는 것입니다.마찬가지로, 잘 정의된 압력, P, 천천히 움직이는 (준정적인) 경계 뒤에서, 미분, δW, 그리고 압력, P가 결합하여 정확한 미분을 형성합니다.

V를 사용하면 상태 변수인 시스템의 볼륨이 됩니다.일반적으로, 조성 변화 없이 균일한 압력과 온도의 시스템의 경우,

이 미분 방정식과 관련된 개념은 내부 에너지가 자연 변수 SV의 함수 U(S,V)로 간주될 수 있다는 것입니다.기본적인 열역학적 관계의 내부 에너지 표현은 다음과[14][15] 같습니다.

V가 일정할 경우

만약 P가 일정하다면

엔탈피 H로 정의하여

엔탈피는 자연 변수 SP의 함수 H(S, P)로 간주될 수 있습니다.기본적인 열역학적 관계의 엔탈피 표현은 다음과[15][16] 같습니다.

내부 에너지 표현과 엔탈피 표현은 서로의 부분적인 레전드르 변환입니다.그것들은 다른 방식으로 쓰여진 동일한 물리적 정보를 포함합니다.내부 에너지와 마찬가지로 엔탈피는 열역학적 퍼텐셜이며, 물체에 대한 모든 열역학적 정보를 포함합니다.[16][17]

만약 물체가 주변에 W를 팽창시키는 작업만 하는 상태에서 물체에 양 Q의 열을 가한다면, 물체는

만약 이것이 일정한 압력에서 발생하도록 제한된다면, 즉, δP = 0일 때, 인체가 수행하는 팽창 작업 WW = P δV에 의해 주어집니다. 열역학 제1법칙을 상기하면 다음과 같습니다.

결과적으로, 사람은 대체함으로써.

이 경우 엔탈피의 증가는 시스템에 추가되는 열의 양과 같습니다.이것은 열량 측정법에 의한 화학 반응의 엔탈피 변화의 기초가 됩니다.많은 과정이 일정한 대기압에서 일어나기 때문에 엔탈피에는 '열 함량' 또는 [18]열 함수라는 오해의 소지가 있는 이름이 붙기도 하지만 실제로는 공유 결합과 분자 간 힘의 에너지에 크게 의존합니다.[19]

상태함수 H의 자연변수 SP의 관점에서, 상태 1에서 상태 2로 상태가 변화하는 이 과정은 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

온도 T(S, P)는 다음과 같이 동일하게 표시되는 것으로 알려져 있습니다.

결과적으로.

이 경우 적분은 일정한 압력에서 전달되는 열의 양을 지정합니다.

역사

일반적인 명사로서, 영어의 열 또는 따뜻함(프랑스어의 샬뢰르, 독일어베르메, 라틴어의 열량, 그리스어의 θάλπος 등과 같이)은 열 에너지 또는 온도에 대한 인간의 인식을 말합니다.열 에너지 또는 "열"을 별개의 물질 형태로 추측하는 것은 칼로리 이론, 플로지스톤 이론, 화재확인되는 오랜 역사를 가지고 있습니다.

열은 철학자들에 의해 일반적인 언어로 논의되어 왔습니다.예를 들면 존 로크의 1720년 인용문입니다.

은 물체의 무감각한 부분들이 매우 활발하게 동요하는 것으로, 우리가 물체를 뜨겁게 가리키는 곳에서 오는 감각을 우리 안에서 만들어냅니다. 따라서 우리의 감각 중에 있는 것은 열이고, 물체 에 있는 것은 운동에 불과합니다.그런데 이것은 열이 생성되는 것처럼 보입니다. 우리는 놋쇠 못을 판자에 문지르면 매우 뜨거워지고, 수레와 마차의 차축 나무는 바퀴의 네이브를 문지르면 종종 뜨겁고, 때로는 어느 정도 불이 붙습니다.[20]

이 출처는 이 반복해서 인용했습니다.존 틴달열을 운동의 방식으로 간주하다(1863)는 열을 운동으로 생각하는 아이디어를 영어권 대중들에게 대중화하는 데 중요한 역할을 했습니다.이 이론은 프랑스어, 영어, 독일어로 된 학술 출판물에서 발전되었습니다.일찍부터 카르노가 사용한 프랑스어 기술 용어 샬뢰르는 영국의 더위와 독일의 베르메("따뜻함")에 해당하며, 더위에 해당하는 과 동시에 더위에 해당하는 것은 독일의 히츠(Hitze)일 것입니다.

고전 열역학

열에 대한 현대적인 이해는 종종 톰슨의 1798년 기계적이론(마찰의해 흥분된 열의 근원에 관한 실험적 탐구)에 의해 부분적으로 기인합니다.1820년대 Nicolas ClémentSadi Carnot(의 동력에 대한 성찰)의 공동 작업은 비슷한 맥락에서 몇 가지 관련된 생각을 했습니다.[21]1842년 줄리어스 로버트 메이어는 종이펄프에서 마찰적으로 열을 발생시켰고 온도상승을 측정했습니다.[22]1845년에 줄은 "열의 기계적 등가"라는 제목의 논문을 발표했는데, 여기서 그는 저항기를 통한 전기의 흐름과 물통 안의 노의 회전에서 마찰에 의한 열 생성에 기초한 "열 단위"를 만드는 데 필요한 기계적 작업의 양에 대한 수치 값을 명시했습니다.[23]고전 열역학 이론은 1850년대에서 1860년대에 성숙해졌습니다.

클라우지우스 (1850)

1850년, 마찰에 의한 열 생성에 대한 줄의 실험적 증명에 대한 클라우지우스의 반응은 열 보존에 대한 칼로리 이론을 거부하고 다음과 같이 썼습니다.

만약 우리가 물질처럼 열이 양을 줄일 수 없다고 가정한다면, 우리는 또한 열이 증가할 수 없다고 가정해야 합니다. 그러나 실제로 열이 증가한다고 가정하는 것 외에는 마찰에 의한 온도 상승을 설명하는 것은 거의 불가능합니다.기계적 힘을 가하여 다양한 방법으로 열을 발전시킨 줄의 세심한 실험은 열의 양을 증가시킬 가능성뿐만 아니라 새로 생산된 열이 그 생산에 소비되는 일에 비례한다는 사실을 거의 확실하게 확립합니다.열은 그 자체로 하나의 물체라는 가설을 뒤집고 그것이 물체의 궁극적인 입자의 운동으로 구성되어 있다는 것을 증명하는 경향이 있는 많은 사실들이 최근에 일어났다는 것은 언급할 수 있습니다.[24]

과정 함수 Q1850년 루돌프 클라우지우스에 의해 소개되었습니다.클라우지우스는 이를 독일어 합성어 베르메멩게와 함께 설명했는데, 이는 "열의 양"으로 해석됩니다.[24]

제임스 클러크 맥스웰(James Clark Maxwell)은 1871년에 발표한 열 이론에서 열의 정의에 대해 다음과 같이 네 가지를 설명하고 있습니다.

  • 이것은 열역학 제2법칙따라 물체에서 다른 물체로 옮겨질 수 있는 것입니다.
  • 그것은 측정 가능한 양이므로 수학적으로 처리할 수 있습니다.
  • 재료 재료가 아닌 것으로 변형될 수 있기 때문에 재료 재료로 취급할 수 없습니다. 예를 들어, 기계적 작업입니다.
  • 열은 에너지의 형태하나입니다.[25]

과정 함수 Q는 Clausius에 의해 Wärmemenge 또는 번역에서 "열의 양"으로 언급됩니다."열로 전달되는 에너지의 양"이라는 구체적인 개념의 축약형으로 "열"을 사용하는 것은 20세기 초까지 용어상의 혼란을 야기했습니다."열"의 일반적인 의미는 고전 열역학에서도 "열 에너지"[26]입니다.1920년대부터 엔탈피를 사용하여 "일정한 부피의 열 함량"을 언급하고 일반적인 의미의 "열"을 의도할 때 열 에너지를 사용하는 것이 권장되었으며, "열"은 두 시스템 간의 열 에너지 전달의 매우 특정한 맥락을 위해 예약되었습니다.레너드 베네딕트 뢰브1927년Q를 언급할 때 [27]"열량" 또는 "열량"을 사용합니다.

열역학이 완성된 후, 열 분야에서 다음으로 크게 발전한 것은 열의 양이라고 불리는 용어의 정의였습니다. 열 이론을 포기한 후, 이 매우 명확한 개념, 즉 열의 양을 해석하는 것은 여전히 남아 있습니다.모든 열을 기체 분자의 운동학에 귀속시키는 이론의 관점에서.[28]

리차드 파인만은 원자와 분자의 흔들림과 관련된 물리적인 묘사와 함께 증가된 온도에 상응하는 더 빠른 움직임을 도입했습니다.[29]물리학을 더 설명하기 위해, 그는 "열"과 함께 "[30]열 에너지"라는 용어를 사용했습니다.[31]

브라이언 (1907)

1907년에 G.H. Bryan은 열역학의 기초에 대한 조사, 열역학: 첫 번째 원리와 그들의 직접적인 적용을 주로 다루는 입문 논문, 라이프치히의 B.G. Teubner를 출판하였습니다.

브라이언은 열역학이 경험적으로 확립되었을 때 글을 쓰고 있었지만, 사람들은 여전히 그것의 논리적 구조를 구체화하는 데 관심이 있었습니다.1909년 카라테오도리의 작품 또한 이 역사적 시대에 속합니다.브라이언은 물리학자였고 카라테오도리는 수학자였습니다.

브라이언은 그의 논문을 열과 온도의 개념에 대한 서론 장으로 시작했습니다.그는 난방이 한 몸의 온도를 높이는 것이라는 개념이 난방이 그 몸에 열량을 공급하는 것이라는 개념과 모순되는 경우를 예로 들고 있습니다.

그는 단열적인 변형을 몸이 열을 얻지도 않고 잃지도 않는 변형이라고 정의했습니다.이것은 방사선과 전도에 불침투성인 벽으로 둘러싸인 물체에 발생하는 단열 변형을 정의하는 것과 완전히 같지는 않습니다.

그는 열량 측정을 열의 양을 측정하는 방법으로 인식했습니다.그는 물이 최대 밀도의 온도를 가진 것으로 인식했습니다.이것은 물을 그 온도 근처의 온도 측정 물질로 부적합하게 만듭니다.그는 왜 열역학자들이 특정한 온도계 물질의 특성과 무관한 절대적인 온도 척도를 선호하는지 독자들에게 상기시켜 주려고 의도했습니다.

그의 두번째 장은 마찰을 열원으로 인식하는 것으로 벤자민 톰슨, 험프리 데이비, 로버트 메이어, 제임스 프레스콧 줄에 의해 시작되었습니다.

그는 열역학 제1법칙 또는 메이어 원리를 다음과 같이 언급했습니다.

열이 일로 바뀌거나 반대로 일이 열로 바뀌었을 때, 열을 얻거나 잃은 양은 일을 잃거나 얻은 양에 비례합니다.[32]

그는 이렇게 썼습니다.

만약 열이 동역학적 단위로 측정된다면, 역학적 등가는 통일성과 같아지고, 열역학 방정식은 더 단순하고 더 대칭적인 형태를 가정합니다.[32]

그는 라부아지에와 라플라스의 열량 이론이 순수 열량 측정의 측면에서 어떻게 타당한지 설명했지만 마찰과 전기 전도와 같은 메커니즘에 의해 일이 열로 변환되는 것을 설명하지 못했습니다.

열량을 합리적으로 정의한 그는 열역학적 절대온도에 대한 켈빈 정의를 포함한 제2법칙을 고찰했습니다.

41조에서 그는 다음과 같이 썼습니다.

§41. 가역적 과정의 물리적 비현실성자연에서 모든 현상은 크거나 작거나 되돌릴 수 없습니다.천체의 운동은 가역 운동에 가장 가까운 근사치를 제공하지만, 지구에서 일어나는 운동은 마찰, 점도, 전기 및 기타 저항에 의해 크게 지연되며, 만약 운동하는 물체의 상대적인 속도가 반대라면,이러한 저항은 여전히 상대적인 움직임을 지연시키고 움직임이 완벽하게 가역적이라면 필요한 만큼 가속하지 않을 것입니다.[32]

그리고 나서 그는 에너지 보존의 원칙을 말했습니다.

그는 다음과 같이 썼습니다.

비가역현상과 관련하여 다음과 같은 공리를 가정해야 합니다.
(1) 만약 어떤 계가 돌이킬 수 없는 변화를 겪을있다면 그렇게것입니다.
(2) 완벽하게 가역적인 변화는 그 자체로 일어날없습니다; 그러한 변화는 돌이킬 수 없는 변화의 제한적인 형태로 간주될 수 밖에 없습니다.[32]

46페이지에서 그는 닫힌 시스템을 열 연결로 생각하면서 이렇게 썼습니다.

따라서 우리는 에너지가 기계적 작업의 수행이 아닌 요소에서 다른 요소로 전달될 수 있는 시스템을 가정하게 됩니다.[32]

47페이지에서 그는 여전히 닫힌 시스템을 열 연결로 생각하고 있다고 썼습니다.

§58. 열량. 정의.에너지가 한 시스템 또는 시스템의 일부에서 작업 수행이 아닌 다른 시스템으로 흐를 때, i[s]를 전달한 에너지는 이라고 합니다.[32]

48페이지에서 그는 이렇게 썼습니다.

§ 59. 두 물체가 서로 열작용을 할 때 한 물체가 얻고 다른 물체가 잃는 열의 양이 반드시 같은 것은 아닙니다.
거리가 있는 물체의 경우, 열을 매개체로부터 빼앗거나 매개체로 전달할 수 있습니다.
에테르의 어떤 부분에 의해 수용되는 열량은 물질체에 의해 수용되는 열량과 동일한 방식으로 정의될 수 있습니다.[그는 열복사를 생각하고 있었습니다.]
또 다른 중요한 예외는 접촉하는 두 거친 신체 사이에서 슬라이딩이 일어날 때 발생합니다.수행된 작업의 대수적 합은 0과 다릅니다. 작용과 반응이 동일하고 접촉하는 물체의 속도가 반대이기 때문입니다.게다가, 그 과정에서 손실된 일은 시스템의 상호 위치 에너지를 증가시키지 않으며, 신체들 사이에 매개체가 존재하지 않습니다.(마찰이 전기를 생성할 때와 같이) 손실된 에너지를 다른 방법으로 설명할 수 없는 한, 두 계에 의해 얻어지는 열량의 대수적 합은 마찰에 의해 손실된 일의 양과 같다는 것이 에너지 보존 원리에서 따랐습니다.[이 생각은 위와 같이 Bridgman에게도 그대로 전해졌습니다.][32]

카라테오도리 (1909)

열역학에서 유명하고 빈번한 열의 정의는 Carathéodory(1909)의 연구에 기반을 두고 있으며, 닫힌 시스템에서의 과정을 언급하고 있습니다.[33][34][35][36][37][38]카라테오도리는 막스 보른이 열역학의 논리적 구조를 조사하라는 제안에 응하고 있었습니다.

임의의 상태 X에 있는 물체의 내부 에너지 UX 기준 상태 O에서 시작할 때 물체가 주변에서 단열적으로 수행하는 일의 양에 의해 결정될 수 있습니다.이러한 작업은 신체 주변에 정의된 양을 통해 평가됩니다.이러한 작업은 주변의 마찰에 의한 오차 없이 정확하게 평가될 수 있는 것으로 추정되며, 신체 내의 마찰은 이 정의에 의해 배제되지 않습니다.단열 작업 수행은 에너지 또는 물질의 다른 전달이 아닌 작업으로서 에너지의 전달을 허용하는 단열 벽의 용어로 정의됩니다.특히 열로써 에너지가 전달되는 것을 허용하지 않습니다.이 정의에 따르면, 단열적으로 수행되는 작업은 일반적으로 열역학계 또는 신체 내에서 마찰을 동반합니다.한편, Carathéodory(1909)에 따르면, 단열이 아닌, 단열벽도 존재하며, 이 벽들은 열에만 투과할 수 있다고 가정됩니다.

열로 전달되는 에너지의 양의 정의를 위해, 하나는 단열이고 다른 하나는 단열이 아닌 두 구성 요소를 갖는 과정에 의해 임의의 관심 상태 Y가 상태 O로부터 도달되는 것이 관례적으로 예상됩니다.편의상 단열 요소는 벽의 움직임을 통한 부피 변화를 통해 신체가 수행하는 일의 총합이고, 단열이 아닌 벽은 일시적으로 단열이 되고, 등각 단열 작업의 총합이라고 말할 수 있습니다.그러면 단열이 아닌 구성 요소는 벽을 통해 에너지를 전달하는 과정으로, 이러한 전달을 위해 새롭게 접근할 수 있게 된 열만 주변에서 차체로 전달됩니다.O 상태에서 Y 상태에 도달하기 위한 내부 에너지의 변화는 전달되는 두 양의 에너지의 차이입니다.

카라테오도리 자신이 그러한 정의를 언급하지는 않았지만, 그의 연구를 따라 열을 주변으로부터 으로 정의하는 것이 이론적 연구에서 관습적으로 행해집니다. 상태 O로부터 상태 Y로 변화하는 결합 과정에서 내부 에너지의 변화, δU에서 일의 양 W를 뺀 것이 아디아에 의해 몸의 주변에서 행해지는 것입니다.Q = δU - W가 되도록 batic process.

이 정의에서 개념적 엄격함을 위해 열로 전달되는 에너지의 양은 단열이 아닌 공정의 측면에서 직접적으로 지정되지 않습니다.기준 상태 O에서 임의 상태 Y로 변화하는 결합 과정에 대해 내부 에너지의 변화와 단열 작업의 양이라는 정확히 두 변수에 대한 지식을 통해 정의됩니다.이것은 결합된 프로세스의 비단열 구성요소에서 전달되는 에너지의 양을 명시적으로 수반하지 않는 것이 중요합니다.여기서 내부 에너지의 변화인 상태 O에서 상태 Y로 전달하기 위해 필요한 에너지의 양은, 결합된 과정과는 무관하게, 위의 상태 X의 내부 에너지의 결정을 위한 것과 같은 순수 단열 과정을 통한 결정에 의해 알려져 있다고 가정합니다.이 정의에서 중요시되는 엄격함은 기본적인 것으로 인정되는 유일한 종류의 에너지 전달, 즉 일로써 전달되는 에너지가 있다는 것입니다.열로써의 에너지 전달은 파생된 양으로 간주됩니다.이 제도에서 작업의 특수성은 개념의 엄격성과 순수성을 보장하는 것으로 간주됩니다.이상적인 개념으로서 일로 전달되는 에너지의 개념에 기초한 이 정의의 개념적 순수성은 물리적 현실에서 에너지 전달의 마찰이 없고 그렇지 않은 과정이 실현될 수 있다는 생각에 의존합니다.반면에 열역학 제2법칙은 그러한 과정이 자연에서 발견되지 않는다는 것을 보장합니다.

1909년 카라테오도리의 논문에 기초한 열에 대한 엄밀한 수학적 정의 이전에, 역사적으로 열, 온도, 열평형은 공동의 원시적 개념으로 열역학 교과서에 제시되었습니다.[39]카라테오도리는 1909년에 발표한 논문에서 "열역학의 학문이 실험적으로 검증될 수 없는 어떤 가설에도 의존하지 않고 정당화될 수 있다는 명제는 지난 세기 동안 이루어진 열역학 연구의 가장 주목할 만한 결과 중 하나로 여겨져야 합니다."라고 언급했습니다."지난 50년간 활동한 대부분의 저자들이 채택한 관점"을 언급하며, 카라테오도리는 다음과 같이 썼습니다: "열이라고 불리는 물리적인 양은 기계적인 양(질량, 힘, 압력 등)과 같지 않고, 그 변화는 열량 측정에 의해 결정될 수 있습니다." 제임스 세린은 아코를 소개합니다.따라서 열역학 이론에 대한 설명은 다음과 같습니다. "다음 절에서 우리는 열, , 뜨거움에 대한 고전적 개념을 원시적인 원소로 사용할 것입니다.열이 열역학에 적절하고 자연적인 원시적인 것이라는 것은 카르노가 이미 받아들인 것입니다.열역학적 구조의 원시적인 요소로서 그것의 지속적인 타당성은 그것이 필수적인 물리적 개념을 합성한다는 사실과 다양한 구성 이론을 통합하는 최근의 연구에서 성공적으로 사용했기 때문입니다."[40][41]열역학의 기초에 대한 이러한 전통적인 종류의 표현은 열 전달이 순수하게 온도의 공간적 불균일성에 기인하며, 더 뜨거운 물체에서 더 차가운 물체로의 전도와 복사에 의해 발생한다는 진술로 요약될 수 있는 아이디어를 포함합니다.이러한 전통적인 종류의 발표는 반드시 "순환적 추론"에 의존해야 한다고 제안되기도 합니다.

열로 전달되는 에너지의 양의 정의에 대한 이 대안적인 접근법은 바로 위에서 설명한 카라테오도리의 논리적 구조와 다릅니다.

이 대안적 접근법은 열로 전달되는 에너지의 양을 측정하는 일차적인 또는 직접적인 방법으로 열량 측정법을 인정합니다.그것은 원시적인 개념 중 하나로 온도에 의존하며, 열량 측정에 사용됩니다.[42]물리적으로 내부 에너지의 차이를 측정할 수 있는 충분한 프로세스가 존재한다고 가정합니다.그러한 과정은 작업과 같은 단열적인 에너지 전달에 국한되지 않습니다.내부 에너지 차이를 찾아내는 가장 일반적인 실용적인 방법인 열량 측정법이 그것입니다.[43]필요한 온도는 경험적 온도 또는 절대 열역학적 온도일 수 있습니다.

이와는 대조적으로, 바로 위에서 언급한 카라테오도리 방법은 열로 전달되는 에너지의 양을 정의하는 데 있어서 열량 측정법이나 온도를 사용하지 않습니다.Carathéodory 방식은 열량 측정을 열로 전달되는 에너지의 양을 측정하는 2차적 또는 간접적인 방법으로만 간주합니다.바로 위에서 자세히 설명한 바와 같이, 카라테오도리 방법은 과정에서 전달되는 에너지의 양을 주로 또는 직접적으로 잔류량으로 정의하는 것으로 간주합니다.이는 시스템의 초기 상태와 최종 상태의 내부 에너지 차이 및 프로세스 중 시스템이 수행한 실제 작업으로부터 계산됩니다.내부 에너지 차이는 작업으로서 에너지를 순수하게 단열적으로 전달하는 과정, 초기 상태와 최종 상태 사이에서 시스템을 취하는 과정을 통해 사전에 측정된 것으로 추정됩니다.카라테오도리 방식에 따르면 실제로 그러한 단열 과정이 충분히 존재하므로 열로 전달되는 에너지의 양을 측정하기 위해 열량 측정에 의존할 필요가 없다는 것이 실험에서 알려진 바와 같이 전제됩니다.이 전제는 필수적이지만 열역학의 법칙이나 카라테오도리 방식의 공리로 명시적으로 분류되지 않습니다.사실, 그러한 단열 과정의 실제적인 물리적 존재는 사실 대부분 가정이며, 그러한 추정된 과정들은 대부분 실제로 존재하는 것으로 경험적으로 검증되지 않았습니다.[44]

플랑크 (1926)

예를 들어, 1879년 논문에서 플랑크는 수년에 걸쳐, 특히 1926년에, 열을 정의하는 가장 구체적인 방법으로 문지름으로써 열을 생성하는 것에 대해 옹호했습니다.[45]플랑크는 카라테오도리가 이 일에 참여하지 않았다고 비판했습니다.[46]Carathéodory는 단열 과정의 측면에서 생각하기를 좋아했고 아마도 생각하기 어려운 마찰을 발견한 반면 플랑크는 물리학자였습니다.

열전달

두 바디 사이의 열전달

파팅턴은 전도를 언급하면서 "뜨거운 몸이 차가운 몸에 닿게 되면 뜨거운 몸의 온도가 떨어지고 차가운 몸의 온도가 올라가는데, 뜨거운 몸에서 차가운 몸으로 많은 양의 열이 전달됐다고 한다"고 쓰고 있습니다.[47]

맥스웰은 방사선을 언급하면서 다음과 같이 썼습니다. "방사선에서 더 뜨거운 물체는 열을 잃고, 더 차가운 물체는 어떤 매개체에서 일어나는 과정에 의해 열을 받고, 이는 그 자체로 뜨거워지지는 않습니다."[48]

맥스웰은 대류 현상을 "순수한 열현상이 아니다"라고 쓰고 있습니다.[49]열역학에서 대류는 일반적으로 내부 에너지의 이동으로 간주됩니다.그러나 만약 대류가 둘러싸여서 순환한다면, 대류는 에너지만 전달하고 물질은 전달하지 않기 때문에 에너지를 공급원과 목적지 사이에서 열로 전달하는 매개체로 간주될 수 있습니다.[50]

폐쇄형 시스템에 대한 제1법칙에 따라, 열이 한 물체를 떠나고 다른 물체로 들어가면서 각각의 내부 에너지가 바뀝니다.물체 간, 물체 간의 에너지 이동은 내부 에너지를 변화시키는 보완적인 방법입니다.엄격한 물리적 개념의 관점에서 논리적으로 엄격하지는 않지만, 이를 표현하는 단어의 일반적인 형태는 열과 일이 상호 교환 가능하다는 것입니다.

열과 작업 이송만을 사용하는 순환 작동 엔진에는 고온과 저온의 두 개의 열 저장고가 있습니다.이들은 작업체의 작동 온도 범위에 따라 분류될 수 있으며, 이들 온도는 해당 저장소와 비교됩니다.열기관에서 작동체는 항상 고온의 저장고보다 차갑고 저온의 저장고보다 뜨겁습니다.어떤 의미에서는 열전달을 이용해 일을 만들어냅니다.히트 펌프에서는 사이클의 단계에서 작동체가 고온 저장고보다 뜨겁고 저온 저장고보다 차갑습니다.어떤 의미에서는 일을 이용해서 열전달을 만들어냅니다.

열기관

고전적인 열역학에서 일반적으로 고려되는 모델은 열기관입니다.작업체, 온탕기, 냉탕기, 작업기 등 4개의 몸체로 구성되어 있습니다.순환 과정은 작업체를 변함없는 상태로 만들고, 무한 반복되는 것으로 간주됩니다.작업체와 작업 저장소 간의 작업 이동은 가역적인 것으로 간주되므로 작업 저장소는 하나만 필요합니다.하지만 두 개의 열 저장고가 필요한데, 열로 인한 에너지의 전달은 비가역적이기 때문입니다.단일 사이클은 작업체가 고온 저장고에서 가져온 에너지를 다른 두 저장고인 작업 저장고와 저온 저장고로 보냅니다.고온 저장고는 항상 에너지만 공급하고 저온 저장고는 항상 에너지만 공급합니다.열역학 제2법칙은 저온 저장고에 에너지가 공급되지 않는 순환이 일어날 수 없다는 것을 요구합니다.열 엔진은 초기 온도와 최종 온도의 비율이 높을수록 효율이 높아집니다.

히트펌프 또는 냉장고

일반적으로 고려되는 또 다른 모델은 히트 펌프 또는 냉장고입니다.이번에도 작업체, 열 저장고, 냉 저장고, 작업 저장고 등 4개의 시신이 있습니다.한 번의 순환은 작업체가 냉저류조보다 차가운 상태에서 시작하여 작업체가 냉저류조로부터 에너지를 열로 흡수합니다.그러면 작업 저장소는 작업체에 작용하여 내부 에너지를 더 많이 추가하여 뜨거운 저장소보다 더 뜨겁게 만듭니다.뜨거운 작동체는 열을 뜨거운 저장소로 전달하지만 여전히 차가운 저장소보다 더 뜨거운 상태로 남아 있습니다.그러면, 다른 물체에 열을 전달하지 않고 팽창할 수 있도록 함으로써, 작업체는 냉간 저장소보다 더 차갑게 됩니다.이제 저온 탱크로부터 열 전달을 받아 다른 사이클을 시작할 수 있습니다.

그 장치는 에너지를 더 차가운 저수지에서 더 뜨거운 저수지로 운반해 왔지만, 이것은 무생물 기관에 의해서가 아니라 일의 활용에 의해서도 간주됩니다.작업은 단순한 열역학적 과정이 아닌, 일련의 열역학적 과정과 과정에 의해 작업 저장소로부터 공급되기 때문이며, 이는 동물이나 활용 기관에 의해 지시된 것으로 간주될 수 있습니다.따라서, 이 주기는 여전히 열역학 제2법칙에 부합합니다.히트 펌프의 '효율'(단일도를 초과)은 고온 저장조와 저온 저장조 간의 온도 차이가 가장 적을 때 가장 좋습니다.

기능적으로, 이러한 엔진은 두 가지 방식으로 사용되며, 대상 저장소와 자원 또는 주변 저장소를 구분합니다.히트 펌프는 자원 또는 주변 저장소로부터 열을 대상으로 하는 고온 저장소로 전달합니다.냉장고는 대상이 되는 저온 저장고의 열을 자원이나 주변 저장고로 전달합니다.대상 저장소는 누출된 것으로 간주될 수 있습니다: 대상 저장소가 주변으로 열을 누출할 때는 히트 펌핑을 사용하고, 대상 저장소가 주변으로 추위를 누출할 때는 냉동을 사용합니다.엔진 하니스는 누출을 극복하기 위해 작동합니다.

거시적 뷰

플랑크에 따르면, 열에 대한 세 가지 주요 개념적 접근법이 있습니다.[51]하나는 미시적 또는 운동 이론적 접근입니다.나머지 두 가지는 거시적 접근법입니다.거시적 접근법 중 하나는 헬름홀츠의 연구와 같은 과정에 대한 기계적 분석과 함께 열역학 이전과 마찬가지로 취한 에너지 보존 법칙을 통한 것입니다.이 논문에서는 이 기계적 관점을 현재 열역학 이론의 관습으로 받아들입니다.다른 거시적 접근법은 열역학적 접근법인데, 열은 에너지 보존 법칙에 대한 지식을 과학적으로 유도함으로써[52] 원시 개념으로 인정하고, 이는 열에 기여합니다.이 견해는 열량 측정법에 의해 측정되는 열의 양을 실제적인 것으로 널리 받아들여지고 있습니다.

베일린은 또한 두 거시적 접근법을 기계적 접근법과 열역학적 접근법으로 구분합니다.[53]열역학적 관점은 19세기에 열역학의 창시자들에 의해서 취해졌습니다.그것은 열로 전달되는 에너지의 양을 주로 열량 측정법에 의해 측정되는 원시적인 온도 개념과 일관된 원시적인 개념으로 간주합니다.열량계는 자체 온도와 내부 에너지를 가진 시스템 주변에 있는 물체입니다. 열 전달 경로로 시스템에 연결되면 열 전달의 변화를 측정합니다.기계적 관점은 헬름홀츠에 의해 개척되었고 20세기에 발전되고 사용되었는데, 주로 막스 보른의 영향을 통해서입니다.[54]그것은 열로 전달되는 열의 양을 파생된 개념으로 간주하고, 폐쇄된 시스템에 대해 작업 전달 이외의 메커니즘에 의해 전달되는 열의 양으로 정의하며, 후자는 거시 역학에 의해 정의되는 열역학에 대해 원시적인 것으로 간주합니다.본에 따르면, 물질의 이동을 수반하는 개방계들 사이의 내부 에너지의 이동은 "역학으로 환원될 수 없다".[55]따라서 열 또는 물질 전달과 관련된 일로 전달되는 에너지의 양에 대한 정확한 정의가 없습니다.

그럼에도 불구하고, 비평형 프로세스의 열역학적 설명을 위해, 시스템과 주변 사이에 물리적 장벽이나 벽이 없을 때, 즉 서로에 대해 개방되어 있을 때, 관심 있는 시스템을 가로질러 주변에 의해 설정된 온도 구배의 효과를 고려하는 것이 필요합니다.이러한 상황에서 역학적 정의가 불가능하다는 것은 온도 기울기가 내부 에너지의 확산 흐름을 일으킨다는 물리적 사실을 바꾸지 않습니다. 이 과정은 열역학적 관점에서 에너지를 열로 전달하는 후보 개념으로 제안될 수 있습니다.

이러한 상황에서는 물질의 이동을 유도하는 화학적 전위의 기울기, 전류 및 이온 영동을 유도하는 전위의 기울기 등 내부 에너지의 확산 흐름을 주도하는 다른 동인이 활발히 존재할 수 있음을 예상할 수 있습니다. 이러한 효과는 일반적으로 내부 에너지의 확산 흐름과 상호 작용합니다.온도 구배에 의해서도, 그러한 상호작용은 교차 effects로 알려져 있습니다.

내부 에너지를 확산적으로 전달하는 교차 효과를 열 전달이라고 표시할 경우 순수 열 전달은 온도 기울기 아래에서만 발생하며 절대 열 전달은 일어나지 않는다는 규칙을 위반할 수 있습니다.이는 또한 모든 열 전달이 하나의 동일한 종류라는 원칙에 위배됩니다. 이 원칙은 닫힌 시스템 사이의 열 전도 개념에 기초한 원칙입니다.순수하게 온도 구배에 의해 구동되는 열유속을 확산성 내부 에너지유속의 개념적 구성 요소로 좁게 생각해 볼 수도 있습니다. 열역학적 관점에서 그 개념은 공정에 대한 상세한 지식을 바탕으로 한 신중한 계산에 특히 의존하며 간접적으로 평가됩니다.이러한 상황에서, 만일 물질의 전이가 실현되지 않고 교차효과가 없다면, 마치 닫힌계를 다루는 것처럼 열역학적 개념과 역학적 개념이 일치하게 됩니다.그러나 물질의 이동이 있을 때 온도 구배가 내부 에너지의 확산을 촉진하는 정확한 법칙은 정확히 알 수 있는 것이 아니라 대부분 가정되어야 하며 많은 경우 실질적으로 검증할 수 없습니다.따라서 물질의 이동이 있을 때 내부 에너지의 확산 플럭스의 순수한 '열 플럭스' 성분의 계산은 실질적으로 입증할 수 없는 가정에 의존합니다.[57][quotations 1][58]이는 열을 폐쇄된 시스템과 주로 정확하게 관련된 특수한 개념으로 생각해야 하는 이유이며, 개방된 시스템에는 매우 제한적인 방식으로만 적용할 수 있습니다.

이러한 맥락에서 많은 글에서 "열유속"이라는 용어는 의미하는 것이 더 정확하게 내부 에너지의 확산유속이라고 불릴 때 사용됩니다. "열유속"이라는 용어의 이러한 사용은 신체가 "열 내용물"을 가질 수 있게 해준 오래되고 이제는 더 이상 쓸모가 없는 언어 사용의 잔재입니다.[59]

현미경으로 보기

운동 이론에서, 열은 전자, 원자, 분자와 같은 구성 입자들의 미세한 운동과 상호작용으로 설명됩니다.[60]구성 입자의 운동 에너지의 즉각적인 의미는 열이 아닙니다.그것은 내부 에너지의 한 구성 요소입니다.미시적인 용어로 열은 이동량이며, 입자의 일정한 국부적인 운동 에너지가 아닌 이동 이론에 의해 설명됩니다.열 전달은 온도 구배나 차이, 미세한 운동 에너지와 퍼텐셜 입자 에너지의 확산 교환, 입자 충돌 및 기타 상호 작용에 의해 발생합니다.이것에 대한 초기의 모호한 표현은 프란시스 베이컨에 의해서 이루어졌습니다.[61][62]그것의 정확하고 상세한 버전은 19세기에 개발되었습니다.[63]

통계역학에서, 닫힌 계(물질의 전이가 없음)에서 열은 계에 대한 무질서하고 미세한 작용과 관련된 에너지 전달이며, 에너지 준위 값 자체의 변화 없이 계의 에너지 준위에 대한 점유 수가 증가하는 것과 관련이 있습니다.[64]거시적인 열역학적 작업은 계 에너지 준위 값 자체의 변화 없이 직업의 수를 바꾸는 것이 가능하지만, 열로써 전달을 구별하는 것은 전달이 복사 전달을 포함한 무질서하고 미세한 작용에 의해 전적으로 기인한다는 것입니다.수학적 정의는 미세 상태 앙상블의 통계적 분포 측면에서 준정적 단열 작업의 작은 증가에 대해 공식화될 수 있습니다.

열량계

전달되는 열의 양은 열량 측정법으로 측정할 수도 있고, 다른 양을 기준으로 계산을 통해 결정할 수도 있습니다.

열량 측정은 공정에서 전달되는 열의 양에 대한 경험적 기초입니다.전달되는 열은 온도 상승, 부피 또는 길이의 변화 또는 얼음이 녹는 것과 같은 상변화와 같은 알려진 특성의 변화에 의해 측정됩니다.[65][66]

전달되는 열의 양의 계산은 단열 작업으로 전달되는 에너지의 가상 양과 열역학 제1법칙에 의존할 수 있습니다.이러한 계산은 전달되는 열의 양에 대한 많은 이론적 연구의 주된 접근법입니다.[33][67][68]

공학 기술

주변 환경으로 이 전달되는 적열 철봉은 주로 방사선을 통해 발생합니다.

일반적으로 기계 공학화학 공학의 한 측면으로 간주되는 열 전달 분야는 시스템의 열 에너지가 생성, 변환 또는 다른 시스템으로 전달되는 특정 응용 방법을 다룹니다.열에 대한 정의가 암시적으로 에너지의 전달을 의미하지만, 전달이라는 용어는 많은 공학 분야와 일반인 언어에서 이러한 전통적인 사용을 포함합니다.

열 전달은 일반적으로 열 전도, 열 대류, 열 복사의 메커니즘을 포함하는 것으로 설명되지만, 상변화 과정에서 물질 전달과 열을 포함할 수 있습니다.

대류는 전도와 유체 흐름의 결합된 효과로 설명될 수 있습니다.열역학적 관점에서 보면, 열은 확산에 의해 유체로 유입되어 에너지를 증가시키고, 유체는 증가된 내부 에너지(열이 아닌)를 한 위치에서 다른 위치로 전달(이류)하고, 이어서 두 번째 열 상호작용이 일어나 열을 두 번째 물체나 시스템으로 전달하고, 다시 확산에 의해 열을 전달합니다.기술적으로는 "열전달"이므로 가열과 냉각이 그러한 전도성 흐름의 한쪽 끝에서만 발생하지만 흐름의 결과로는 발생하지 않는 경우도 있지만, 이 전체 과정은 종종 열전달의 추가적인 메커니즘으로 인해 가열과 냉각은 기술적으로는 "열전달"입니다.따라서 전도는 공정의 순 결과로써만 열을 "전달"한다고 할 수 있지만 복잡한 대류 공정 내에서는 항상 그렇게 하지 않을 수 있습니다.

잠열 및 현열

조지프 블랙

제임스 프레스콧 줄(James Prescott Joule)은 1847년 '물질, 생명력, 열에 관하여'라는 제목의 강의에서 잠열과 현열이라는 용어를 각각 별개의 물리적 현상, 즉 입자의 위치와 운동 에너지에 영향을 미치는 열의 구성 요소로 규정했습니다.[69][quotations 2]그는 잠재 에너지를 인력이 더 먼 거리에 있는 입자의 거리, 즉 위치 에너지의 형태를 통해 갖는 에너지로 설명하고, 현열을 입자의 운동을 수반하는 에너지로 설명했습니다.

잠열은 온도의 변화 없이 발생하는 상태 변화 동안 화학 물질이나 열역학계에 의해 방출되거나 흡수되는 열입니다.이러한 과정은 얼음이 녹거나 물이 끓는 것과 같은 상전이일 수 있습니다.[70][71]

열용량

열용량은 물체에 추가된 열과 그로 인한 온도 변화의 비율과 같은 측정 가능한 물리량입니다.[72]몰 열용량은 순수 물질의 단위량당 열용량(SI 단위: 몰)이며, 비열용량은 물질의 단위질량당 열용량으로 흔히 단순 비열용량은 흔히 단순히 비열용량은 물질의 단위질량당 열용량입니다.열용량은 물질의 물리적 특성이며, 이는 물질이 고려 중인 물질의 상태와 특성에 따라 달라진다는 것을 의미합니다.

헬륨과 같은 단원자 기체의 특정한 열은 온도와 거의 일정합니다.수소와 같은 이원자 기체는 온도 의존성을 보이며, 삼원자 기체(예: 이산화탄소)는 더 많습니다.

열역학 법칙이 개발되기 전에, 열은 참가한 물체들의 상태 변화에 의해 측정되었습니다.

중요한 예외를 제외한 몇 가지 일반적인 규칙은 다음과 같이 설명할 수 있습니다.

일반적으로 대부분의 신체는 난방으로 팽창합니다.이 경우 일정한 부피로 물체를 가열하면 물체가 구속벽에 가하는 압력이 증가하고 일정한 압력으로 가열하면 물체의 부피가 증가합니다.

이 밖에 대부분의 물질은 고체, 액체, 기체의 세 가지 상태를 가지고 있습니다.일부는 플라즈마 안에 존재할 수도 있습니다.많은 것들이 유리나 액정과 같은 물질의 상태를 더욱 세밀하게 구분하고 있습니다.많은 경우, 고정된 온도와 압력에서 물질은 동일한 '체'로 보일 수 있는 물질의 몇 가지 다른 상태로 존재할 수 있습니다.예를 들면, 얼음은 물컵에 뜰수도 있습니다.그러면 얼음과 물이 '몸' 안에서 두 단계를 이룬다고 합니다.명확한 규칙들이 알려져 있는데, '몸체'에서 어떻게 다른 단계들이 공존할 수 있는지를 알려줍니다.대부분 고정된 압력에서 가열이 고체를 녹이거나 증발시키는 특정 온도와 가열이 액체를 증발시키는 특정 온도가 있습니다.이런 경우 냉각은 역으로 작용합니다.

가장 일반적인 경우인 이 모든 것들은 신체의 상태 변화에 따라 난방을 측정할 수 있다는 규칙에 들어맞습니다.이러한 경우는 경험적 온도를 정의할 수 있는 온도계 본체라고 불리는 것을 제공합니다.1848년 이전에는 모든 온도가 이런 식으로 정의되었습니다.따라서 열과 온도 사이에는 분명히 논리적으로 결정된 밀접한 관계가 있었지만, 특히 18세기 후반의 조셉 블랙에 의해 개념적으로 완전히 구별되는 것으로 인식되었습니다.

중요한 예외들이 있습니다.그것들은 열과 온도 사이의 명백한 연결고리를 깨뜨립니다.그들은 온도에 대한 경험적 정의가 특정 온도계 물질의 고유한 특성에 따라 달라지므로 '절대'라는 제목에서 제외된다는 것을 분명히 합니다.예를 들어, 은 277K 근처에서 가열될 때 수축합니다.그 온도 근처에서는 온도 측정 물질로 사용할 수 없습니다.또한, 일정 온도 범위 이상에서, 얼음은 난방에 수축합니다.게다가, 많은 물질들이 음압과 같은 준안정 상태에서 존재할 수 있으며, 이는 일시적이고 매우 특별한 조건에서만 생존합니다.때로 '비정상적'이라고 불리는 이러한 사실들은 절대 온도에 대한 열역학적 정의의 이유들 중 일부입니다.

고온을 측정한 초기에는 또 다른 요소가 중요했는데, Josiah Wedgwood가 그의 파이로미터에서 사용했습니다.공정에서 도달한 온도는 점토 표본의 수축으로 추정되었습니다.온도가 높을수록 수축이 심합니다.이 방법은 1000°C(1,832°F) 이상의 온도를 측정할 수 있는 유일한 방법이었습니다.하지만 그런 수축은 되돌릴 수 없습니다.점토는 냉각 시 다시 팽창하지 않습니다.이것이 측정에 사용될 수 있는 이유입니다.단 한 번 뿐입니다.그것은 일반적인 의미의 온도계 물질이 아닙니다.

그럼에도 불구하고, 절대 온도에 대한 열역학적 정의는 적절한 주의와 함께 열의 개념을 필수적으로 사용합니다.

"핫니스

뜨거움의 특성은 열의 개념을 언급하지 않고 정의되어야 하는 열역학의 관심사입니다.뜨거움에 대한 고려는 경험적 온도의 개념으로 이어집니다.[73][74]모든 물리적 시스템은 다른 시스템을 가열하거나 냉각할 수 있습니다.[75]고온과 관련하여, 고온과 저온의 비교 용어는 열이 고온의 신체에서 저온으로 흐르는 규칙에 의해 정의됩니다.[76][77][78]

물리적 시스템이 균질하지 않거나, 예를 들어 난류에 의해 매우 급격하거나 불규칙적으로 변화하는 경우 온도로 특성화하는 것은 불가능할 수 있지만, 여전히 물리적 시스템과 다른 시스템 사이에 열로 에너지가 전달될 수 있습니다.계가 충분히 규칙적이고 지정된 온도계로 열평형에 도달할 수 있을 정도로 충분히 오래 지속되는 물리적 상태를 가지고 있다면, 그 온도계에 따라 온도를 가지고 있습니다.경험적 온도계는 그러한 시스템에 대한 뜨거움의 정도를 기록합니다.그러한 온도를 경험적 온도라고 부릅니다.[79][80][81]예를 들어, 트루스델은 고전적 열역학에 대해 다음과 같이 쓰고 있습니다: "항상, 몸에는 온도라고 불리는 실수가 할당됩니다.이 수치는 몸이 얼마나 뜨거운지를 보여주는 수치입니다."[82]

너무 격동적이어서 온도를 가질 수 없는 물리적 시스템은 여전히 뜨거움에 차이가 있을 수 있습니다.열을 다른 물리계에 전달하는 물리계가 그 둘 중에서 가장 뜨겁다고 합니다.시스템이 열역학적 온도를 가지려면 더 많은 것이 필요합니다.그것의 행동은 매우 규칙적이어야 하므로 그것의 경험적 온도는 모든 적합하게 교정되고 규모가 큰 온도계들에서 동일하고, 그리고 나서 그것의 뜨거움은 1차원 뜨거운 다양체에 있다고 말합니다.이것은 열이 카라테오도리와 본을 따라 정의되는 이유의 일부이며, 오직 일이나 물질의 이동에 의해서만 발생합니다; 온도는 조언적이고 의도적으로 현재 널리 받아들여지고 있는 이 정의에서 언급되지 않습니다.

이것은 열역학 제0법칙이 명시적으로 명시되는 이유이기도 합니다.A, B, C 등 세 개의 물리계가 각각 내부 열역학적 평형 상태에 있지 않다면, 이들 사이에 적절한 물리적 연결이 이루어지면 AB를 가열하고 BC를 가열하고 CA를 가열할 수 있습니다.평형이 아닌 상황에서는 흐름의 주기가 가능합니다.내부 열역학 평형의 특별하고 독특한 특징은 이러한 가능성이 내부 열역학 평형의 상태에 있는 열역학계에 열려 있지 않다는 것입니다. 이것이 열역학 제0법칙이 명시적인 상태를 필요로 하는 이유입니다.엔트즉, 일반적인 비평형 물리계들 사이의 '보다 차갑지 않다'는 관계는 전이적이지 않은 반면, 대조적으로 내부 열역학적 평형 상태에 있는 열역학계들 사이의 '보다 낮은 온도가 없다'는 관계는 전이적입니다.이로부터 '열평형에 있다'는 관계가 0법칙을 진술하는 하나의 방법인 전이적이라는 것을 알 수 있습니다.

온도가 충분히 비균질한 계에 대해 정의되지 않을 수 있는 것처럼 엔트로피도 내부 열역학적 평형 상태가 아닌 계에 대해 정의되지 않을 수 있습니다.예를 들어, '태양계의 온도'는 정의된 양이 아닙니다.마찬가지로, '태양계의 엔트로피'는 고전 열역학에서 정의되지 않습니다.비평형 엔트로피를 분명히 만족스러운 방법으로 전체 시스템에 대한 단순한 숫자로 정의하는 것은 가능하지 않았습니다.[83]

참고 항목

참고문헌

  1. ^ Van Wylen, Gordon; Sonntag, Richard (1978). Fundamentals of Classical Thermodynamics (Second edition, SI Version, Revised Printing ed.). Chapter 4.7, Definition of Heat: John Wiley & Sons. p. 76. ISBN 0-471-04188-2.{{cite book}}: CS1 메인 : 위치 (링크)
  2. ^ D.V. Schroeder (1999). An Introduction to Thermal Physics. Addison-Wesley. p. 15. ISBN 0-201-38027-7.
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인용문

  1. ^ Denbigh는 각주에서 E.A. 교수님과의 서신교환에 대해 감사를 표하고 있습니다. 구겐하임 교수님과 N.K.아담. 이로부터 덴비는 "그러나 계가 열과 물질을 환경과 교환할 수 있을 때, '수송열'의 존재를 이미 가정하지 않고서는 열로써 수송되는 에너지와 물질의 이동에 의해 수송되는 에너지를 명확하게 구분하는 것은 불가능한 것 같습니다."라고 결론짓습니다.Denbigh K.G. (1951), 페이지 56.
  2. ^ "따라서 열은 살아있는 힘 또는 공간을 통한 인력으로 구성되어야 합니다.전자의 경우, 우리는 가열된 물체의 구성 입자가 전체 또는 부분적으로 운동 상태에 있다고 생각할 수 있습니다.후자에서 우리는 더 큰 공간을 통해 인력을 발휘하기 위해 입자가 가열 과정에 의해 제거된다고 가정할 수 있습니다.나는 이 두 가설이 모두 좋은 것으로 판명될 것이라고 생각합니다. 어떤 경우에는, 특히 현열의 경우나 온도계에 의해 표시되는 것과 같이, 열은 유도되는 물체의 입자의 살아있는 힘으로 구성되는 것으로 판명될 것입니다. 반면 다른 경우에는, 특히 lat의 경우에.엔트열은 입자와 입자의 분리에 의해 생성되어 더 큰 공간을 통해 서로를 끌어당기게 합니다."줄, J.P. (1884)

인용 참고문헌 참고문헌

추가 참고 문헌

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외부 링크