제1장 기체의 성질(열량/열용량과 비열/현열과 잠열/열에너지/열역학 법칙)

 안녕하세요. 여러분, 미루고 미뤄왔던 가스기사에 대한 포스팅을 시작하려고 합니다. 이제 긴 호흡으로 주욱 달려볼 텐데요.가스기사는 수험서만 가지고 준비하기에는 다소 부족하고 다고 느꼈습니다. 그래서 수험서로 공부하시면서 고법, 도법, 액법의 3가지 법령과 KGS Code를 곁들이는 방법을 추천드립니다.

 먼저, 가스기사 필기 5과목 중 '가스설비'  과목을 알아보겠는데요.  '가스설비'는 실기시험에서도 그 출제 비중이 높아 60점만 넘는다는 생각은 지양하고, 가능한 최고 득점을 목표로 공부하는 것을 추천드립니다.(그래도 고득점은 힘들건대, 고득점일수록 실기통과 확률이 올라갑니다.)

 아울러 가스기사 시험 자체가 암기량이 아주 많은 시험이라 자주 보고 또 보고 해야하는데, 잠깐 잠깐 시간이 되실 때 가볍게 활용하기 좋은 포스팅을 해보는 것이 목표가 되겠습니다. 꼭 암기해야 하는 부분과 저만의 필살 암기법을 종종 넣을 예정이니, 합격하시는데 조금이나마 보탬이 되었으면 좋겠습니다. 자! 시작하겠습니다.

 

 

라. 열량

  : 열은 두 물체 사이에서 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 에너지의 일종이며, 열량은 열의 양을 열량이라고 한다. ('아~ 이런게 있구나~' 하고 넘어가자. 시험에 안 나온다. 더이상 깊게 들어가지 말자. 연구는 연구실에서 하는 것이다. 더 깊게 알아보고 싶다면 좋은 글을 추천하니 밑에 더보기를 클릭하자.)

https://brunch.co.kr/@hvackkw/10

열에 대한 오해와 진실(2)

 

• 열량의 단위
  • 1cal: 표준대기압 하에서 순수한 물 1g을 1℃ 올리는 데 필요한 열량이다. 

1cal = 4.187J 
중요한 계수들은 얼마 되지 않으니, 아래 번호키 모양을 연상하여 기억하는 것도 도움이 됩니다.

 

 

마. 열용량과 비열

• 열용량: 어떤 물체의 온도를 1℃ 올리는데 필요한 열량, kcal/ ℃ 또는 cal/ ℃로 표시된다.
  • 열용량 = G ·C_p (kcal/℃ 또는 cal/ ℃ )
  • 열량 = G · C_p · △t (kcal)

 열, 열량, 열용량의 정의를 묻는 문제는 출제되지 않는다. 하지만, 문제속 특히 계산문제에서 해당 단어들이 종종 언급되어 이것을 제대로 공부 해야하는 것인가 하는 생각이 들기도 하는데, 깊게 공부할 필요가 없다.  
 단위도 구별할 필요가 없는 것이 문제에서 단위를 알려주지 않는가? 그 단위를 보고 어떻게든 짜맞추면 된다.

• 비열: 단위 질량의 물질의 온도를 단위 온도만큼 올리는 데 필요한 열량을 말한다.
  • 정적비열(C_v): 체적이 일정하게 유지된 상태에서의 비열
  • 정압비열(C_p): 압력이 일정하게 유지된 상태에서의 비열
  • 비열비: 정압비열과 정적비열의 비(암기)

• 정적비열과 정압비열의 관계

(암기o)

(암기x, 유도가능)

(암기x, 유도가능)

 정적비열과 정압비열의 정의는 그 단어 속에 힌트가 있기에 구분하는것은 어렵지 않습니다. 또한, 비열비(k)는 분자가 정압인지 정적인지 헷갈릴때가 있는데, 정압비열이 정적비열보다 항상 크며, 비열비는 항상 1보다 크다는 것을 기억한다면, 암기가 오래 지속될 것입니다. 비열비 구하는 공식과 기체상수 구하는 공식만 암기하면 되고, 나머지 두 공식을 손쉽게 유도할 수 있으니 암기하지 말자.

 

바. 현열과 잠열

• 현열(감열): 물질이 상태변화 없이 온도변화에 총 소요된 열량

• 잠열: 물질이 온도변화는 없이 상태변화에 총소요된 열량

 

사. 열에너지

• 내부에너지: 모든 물체는 그 물체 자신이 외부와 관계없이 현열과 잠열로서 열을 비축하고 있는데 이를 내부에너지라고 한다.
• 엔탈피: 어떤 물체가 갖는 단위중량당의 열량으로 내부에너지와 외부에너지의 합이다.
• 엔트로피: 열역학 제2법칙에서 얻어진 상태량이며 그 상태량을 절대온도롤 나눈 값이다.

 

아. 열역학 법칙(★★★)

• 열역학 제0법칙:온도가 다른 물질이 서로 접촉하면 높은 온도를 지닌 물체의 온도는 내려가고, 낮은 온도의 물체의 온도는 올라가서 결국 시간이 흐르면 물체의 온도는 같게 된다. 이것을 열평형이 되었다고 하며, 열평형의 법칙이라도 한다.
• 열역학 제1법칙: 에너지 보존의 법칙이라고도 하며 기계적 일이 열로 변하거나, 열이 기계적 일로 변환이 가능하다. 즉 하나의 계가 가지고 있는 에너지는 형태만 바뀔 뿐 에너지의 총량은 일정하는 것
  • 열과 일은 하나의 에너지이다.
  • 열은 일로, 일은 열로 전환할 수 있고, 전환시에 열손실은 없다.
  • 에너지는 결코 생성되지 않고 존재가 없어질 수도 없다.
  • 한 형태로부터 다른 형태로 바뀐다.
  • 줄의 법칙이 성립된다.
• 열역학 제2법칙: 열은 고온도의 물질로부터 저온도의 물질로 옮겨질 수 있지만, 그 자체는 저온도의 물질로부터 고온도의 물질로 옮겨갈 수 없다. 또 일이 열로 바뀌는 것은 쉽지만 반대로 열이 일로 바뀌는 것은 힘을 빌리지 않는 한 불가능한 일다. 이와 같이 열역학 제2법칙은 에너지 변환의 방향성을 명시한 것으로 방향성의 법칙이라 한다.
  • 클라우지우스 표현: 열은 스스로 다른 물질에 아무런 변화도 주지 않고 저온 물질에서 고온 물체로 이동하지 않는다.
  • 캘빈 플랭크 표현: 어떤 열원에서 열을 받고 방출하면서 열을 일로 변환할 수 없다.
  • 오스트발트 표현: 외부의 아무런 외력 없이 어떤 열원에서 열을 받아 이 전부를 외부에 아무런 변화 없이 일로 변환할 수 없다.
• 열역학 제3법칙: 어느 열기관에서나 절대온도 0도로 이루게 할 수 없다. 그러므로 100%의 열효율을 가진 기관은 불가능하다. 절대 영도에서 엔트로피는 0이 된다. 하지만, 0K 이하의 온도는 불가능한 온도이다.