스크랩 <솔/설/열>쉽게지나치는 비열의 정의

[(朴在秀)재수]

<<솔바이야기>>

-열에 공부를 시작하면서 비열의 정의및 각 성질의 으미를 너무 쉽게 흘러버리고 있는것 같다. 정압비열 정적비열의 그의미와 그 전제가 "어떤물질에 열을 가하면 압력과 부피가 변한다"라는 대전제를 늘 가슴속에 넣고 비열을 이해하자.

- 액체,고체에서의 비열 -->정압,정적구분없이 사용

- 기체에서의 비열 --->정압비열을 비열로 사용한다.

비열의 정의 및 기체에서의 정압비열과 정적비열의 개념.

비열의 정의는 '온도'를 1도 높이는데 필요한 열량입니다. 대개의 고체는 온도가 변해도 고체의 부피나 고체 내부의 압력, 밀도 등이 변하지 않습니다. 그러므로 온도를 올리거나 내리거나 비열은 항상 같은 값을 가졌던 거고, 쉽게 고체의 고유한 성질이라고 얘기해 버립니다.

그런데 기체의 경우 문제가 발생합니다.

기체의 온도가 변하면 기체의 부피나 압력이 따라 변하더란 겁니다. 두가지 모두 붙잡아 놓을 순 없고, 어느 하나를 붙잡으면 다른쪽은 변해야만 한다는 겁니다. 기체란게 워낙 자유롭게 돌아다니는 물질이라 그렇겠죠... 그래서 그냥 비열을 구하기 힘드니 어느 한 물리량을 고정을 시켜놓고 온도를 올리거나 내릴 때 드나드는 열량을 구해야 했던 겁니다.

그래서 정적비열, 정압비열이란 말이 나오게 되구요.

어쨌든 비열은 온도변화에 따른 열량변화량을 의미하므로 이 정적비열과 정압비열 두가지 비열을 알면 어떤 압력, 어떤 부피, 어떤 온도 바로 그 순간에 기체의 비열을 찾을 수 있다는 겁니다. 기체가 갖는 특성때문에 그렇습니다.

<비열:보통은 정압비열을 그물체의 비열로 한다>

단위질량을 가진 물체의 열용량.

보통은 1g인 물체의 열용량, 즉 1g인 물체의 온도를 1℃ 높이는 데 필요한 열량을 말한다. 공업 방면에서는 1kg 물체의 열용량을 말할 때도 있다. 열량 단위를 cal로 나타낼 때 물의 비열은 1이 된다. 그리고 이 값은 수소 등 일부를 제외하면 예외적으로 크며, 물이 많은 물질 중에서 온도변화가 잘 일어나지 않는 물질임을 나타낸다.

일반적으로 물체의 비열은 온도에 따라 변화한다. 고온 및 극단적인 저온일 때는 별개로 하고, 상온 부근에서는 물질에 따라 고유한 값을 가진다고 보아도 된다. 그러나 기체에서는 부피를 일정하게 하고 열을 가했을 때와, 압력을 일정하게 하고 열을 가했을 때와는 값이 달라지는데, 나중 것이 더 크다.

이것은 압력을 일정하게 유지하는 경우에는 열의 일부가 기체의 팽창이라는 외부로의 일에 소비된다. 그러므로 온도를 높이기 위해서는 그만큼의 열을 더 가해야 되기 때문이다.

보통 이런 경우의 비열을 정압비열(定壓比熱:cp)이라 하고, 이것에 대하여 부피를 일정하게 유지하였을 때의 비열을 정적비열(定積比熱:cv)이라 한다.

정압비열과 정적비열이 이렇게 다른 값을 가지는 이유는 일찍이 존 돌턴(John Dalton)에 의하여 지적되었다. 율리우스 R. 폰 마이어(Julius R. von Mayer)는 이 사실을 기초로 하여 열의 일당량(當量)을 이끌어냈다.

이론적인 계산에 의하면, 기체의 cp와 cv의 차는 약 2/M(M은 기체의 분자량)가 된다. 이 값은 상온·상압(常壓)하에서는 거의 정확하다는 것이 확인되었다. 그리고 엄밀하게는 액체와 고체에 대해서도 cp와 cv를 구별해야 한다. 액체나 고체에서는 열에 의한 팽창을 억제하고 부피를 일정하게 유지하기 어렵다. 또 양자의 차는 아주 근소하므로,  보통은 정압비열을 그물체의 비열로 한다.

[(朴在秀)재수]

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[솔바람]

제 블러그 자료가 스크랩되어 있군요......ㅎㅎㅎㅎ공부에 도움이 되었다니 기쁘군요