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개요

열역학 과정이란 열역학 제1법칙에 의해 기체가 외부와 상호 작용을 하면서 한 상태에서 다른 상태로 바뀌는 과정을 말한다.

열역학 제1법칙을 명시하고 아래의 상황에 맞게 변용한다.

$Q=\Delta U+W$

등온 과정은 온도가 일정한 상태에서 일정량의 이상 기체가 열에너지를 흡수하여 부피가 증가하거나, 열에너지를 방출하여 부피가 감소하는 과정이다.

$Q=W$
(내부 에너지 $U$ 의 변화 없음)

정적(등적) 과정은 일정량의 이상 기체가 부피가 일정한 상태에서 기체가 열에너지를 흡수하여 온도가 증가하거나, 열에너지를 방출하여 온도가 감소하는 과정이다.

$Q=\Delta U$
(부피가 일정하여 $\Delta V=0,W=0$ )

등압 과정은 일정량의 이상 기체의 압력이 유지되면서 부피가 변하는 과정이다.

$Q=\Delta U+W=\Delta U+P\Delta V$

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외부와의 열에너지 출입이 없을 때 일정량의 이상 기체의 부피가 팽창하면 기체의 온도가 감소하거나 부피를 압축하면 기체의 온도가 증가하는 과정이다.

$\Delta U=-W$
(열에너지 출입이 없으므로 $Q=0$ )

열역학 과정을 이용하여 일을 할 수 있는 장치를 열 기관이라 한다. 열 기관에는 내연 기관과 외연 기관이 있는데, 이는 연소가 기관의 안에서 이뤄지는지 밖에서 이뤄지는지로 구분한다. 자동차의 엔진은 내연 기관이고 증기 기관차는 외연 기관이다.

이상적인 열기관으로 카르노 기관이 있는데, 모든 과정이 등온변화(공기를 먹고 뱉는 과정)와 단열변화(공기의 열에너지로써 피스톤을 움직이는 과정)로 이뤄지는 기관이다.