저도 질문자님과 똑같은 내용이 궁금해 이것저것 찾아봤습니다. 지금은 어느정도 이해가 된 상태인데, 혹 질문자님에게 도움이 될까하고 글을 씁니다. 먼저 본문 질문에 간단히 답을 해드리자면 위에서 언급하신 '이상기체의 단열 팽창'은 엄밀히 말하면 '단열 가역 팽창'을 의미합니다. 이때는 맞서는 힘(외부압력)이 존재하므로 일을 하고 그 대가롤 온도가 낮아집니다. 하지만 줄-톰슨 팽창은 갑자기 외부 압력을 급격하게 떨어뜨린 비가역 단열 팽창으로 보는것이 맞습니다. 이상기체의 경우 비가역 팽창에서는 일을 하지 않으므로 w=0, q=0, U=0 이 됩니다. 따라서 온도 변화가 없습니다.
하지만 실제 기체의 경우 분자간 반발력 혹은 인력이 존재하고 그에 따라 온도가 증가 또는 감소합니다. 인력이 지배적일 경우 분자들을 떨어뜨려놓는데 에너지가 필요하므로 온도가 하강하고, 반발력이 지배적일 경우에는 위치에너지가 낮아지고 대신 운동에너지 높아져 온도가 증가하게 되는 것입니다. 간단히 정리하자면 단열가역 팽창에서는 에너지를 일하는데 소모해서 온도가 낮아진 것이고, 줄-톰슨 효과에서는 분자들을 떨어뜨리는데 에너지를 소모해서 온도가 낮아진 것입니다. 제가 잘못 이해하고 있는 것이 있으면 답글 달아주세요.~:)
첫댓글 이상기체 상태식은 pV = nRT 입니다.
이때 이상기체는 T에 비례하는 운동에너지를 가지고 있다고 볼수 있습니다.
단열팽창에서는 자신이 가지고 있는 운동에너지로 일을 하여 운동에너지가 감소하고 T가 감소한다고 볼수 있습니다.
그리고 줄-톰슨 팽창에서는 자신이 가지고 있는 운동에너지를 가지고 일을 하는 것이 아니라
p1V1 = p2V2 = nRT 같이 동일한 운동에너지를 가지는 상태로 전환하는 과정으로 볼수 있습니다.
하지만 실제기체에 있어서는 분자간 거리에 따른 위치에너지가 일정하지 않으므로 온도변화가 일어나게 됩니다.
답변감사합니다^^
다른 관점에서 생각해볼 수 있었습니다ㅎ
죄송하지만 질문을 더 해도 될런지..^^;;
그렇다면 줄톰슨 팽창에서 엔탈피변화가 0이라는것은 어떻게 해석해야 하나요?
이 말은 일정압력 하에서 열이 들어오지 않는다는 뜻이잖아요.
그럼 줄톰슨팽창은 어떻게 팽창할때 잃었던 에너지를 다시 보충하는지,,
궁금합니다..
저도 질문자님과 똑같은 내용이 궁금해 이것저것 찾아봤습니다. 지금은 어느정도 이해가 된 상태인데, 혹 질문자님에게 도움이 될까하고 글을 씁니다.
먼저 본문 질문에 간단히 답을 해드리자면 위에서 언급하신 '이상기체의 단열 팽창'은 엄밀히 말하면 '단열 가역 팽창'을 의미합니다. 이때는 맞서는 힘(외부압력)이 존재하므로 일을 하고 그 대가롤 온도가 낮아집니다.
하지만 줄-톰슨 팽창은 갑자기 외부 압력을 급격하게 떨어뜨린 비가역 단열 팽창으로 보는것이 맞습니다. 이상기체의 경우 비가역 팽창에서는 일을 하지 않으므로 w=0, q=0, U=0 이 됩니다. 따라서 온도 변화가 없습니다.
하지만 실제 기체의 경우 분자간 반발력 혹은 인력이 존재하고 그에 따라 온도가 증가 또는 감소합니다. 인력이 지배적일 경우 분자들을 떨어뜨려놓는데 에너지가 필요하므로 온도가 하강하고, 반발력이 지배적일 경우에는 위치에너지가 낮아지고 대신 운동에너지 높아져 온도가 증가하게 되는 것입니다.
간단히 정리하자면 단열가역 팽창에서는 에너지를 일하는데 소모해서 온도가 낮아진 것이고, 줄-톰슨 효과에서는 분자들을 떨어뜨리는데 에너지를 소모해서 온도가 낮아진 것입니다.
제가 잘못 이해하고 있는 것이 있으면 답글 달아주세요.~:)