Thermodynamics System, Thermodynamic System   열역학 시스템, 열역학적 계, 열역학 계

1. 계 (系, System) 이란?

  ㅇ 물리학적으로, 상호작용이 가능한 서로 관련되는 물체(또는,물리량)들의 모임을 추상화시킨 것
     - 例) 위치,운동량,에너지 등으로 특징지울 수 있는 입자들의 계(모임)       ☞ 질점계

  ㅇ 공학적으로, 하나의 공통적인 목적 수행을 위해 조직화된 요소들의 집합체    ☞ 시스템 (System)

  ㅇ 열역학적으로, 연구 대상이 되는 공간의 영역이나 물질의 양을 추상화시킨 것  ☞ 아래 2,3항 참조


2. [열역학]  시스템/계, 경계, 주위/외계/환경, 우주 (관심 대상 영역으로 구분함)

  ㅇ 시스템/계 (system, 系)  : 열역학적 시스템/계 (系, Thermodynamics System)
     - 관심을 갖는 작은 영역 (연구하려는 대상) 

  ㅇ 경계 (boundary, 境界)
     - 계와 외계 간의 경계를 이룸 (경계면)
       . 계의 경계는 고정될 수도 움직일 수도 있음

  ㅇ 주위(周圍)/외계(外界)/환경(環境) (surroundings)
     - 계와 에너지나 물질을 교환하는 나머지 부분 (다른 계들의 집단)

  ㅇ 우주/전체 (universe, 宇宙)
     - 이들을 합한것 : 우주 = 계 + 외계(또는, 주위)

      


3. [열역학]  고립계, 밀폐계/닫힌계, 개방계/열린계  (에너지,질량 이동 여부로 구분함)

  ㅇ 고립계 (isolated system)
     - 질량 및 에너지 모두 경계면 통과하지 못함
        . 例) 고립계 : 우주 전체
        . 例) 제한적인 고립계 : 듀어병(보온병의 원형,原形) 등
     - 특징 : 보존법칙 성립 (에너지,질량의 총합이 보존됨)
     - 주요 상태량들 : 부피, 입자수, 질량, 에너지 등
     - 한편, 열의 이동이 없는 것을 단열(Adiabatic) 이라고 함

  ㅇ 밀폐계 / 닫힌계 (closed system)
     - 질량이 경계면을 통과하지 않음, 에너지 만 이동 가능
        . 例) 열욕조, 온실 등
           .. 한편, 지구는 물질 이동은 적고, 복사열에 의한 에너지 이동이 크므로, 닫힌계로 봄
     - 에너지 이동시, 열 또는 일의 형태를 띔
        . 특히, 온도차가 있을 때에는 열의 형태를 띔

  ㅇ 개방계 / 열린계 (open system)
     - 질량 및 에너지 모두 경계면 통과
        . 例) 비제한적인 열린계 : 호수 등, 제한적인 열린계 : 생명체 등 
        . 例) 엔진 : 연료,공기를 빨아들여, 연소물을 배출하므로 열린계 임

     


4. [열역학]  단열, 투열  (열 이동 여부로 구분함)

  ㅇ 단열 (Adiabatic)  : 열의 이동이 없음
     - 어원 : 그리스어 `adiabatos (길 없음 또는 교차될 수 없음)`
     - 단열 벽 (Adiabatic Wall) : 계가 열의 이동(교환)을 막아 줌
     - 단열계의 구분 : 밀폐계 또는 개방계 둘 중 하나가 될 수 있음
     - 단열 과정 : 비록 에너지로써 열이 차단되더라도, 일이 부가/제거될 수 있음
        . 例) 대기의 상승 냉각(팽창) : 대기압 낮아짐. 체적이 커지는 일을 하며, 온도가 낮아짐.
              대기의 하강 가열(압축) : 대기압 높아짐. 체적이 줄어드는 일을 받으며, 온도가 높아짐.

  ㅇ 투열 (Diathermal) : 열의 이동이 있음
     - 투열 벽 (Diathermal Wall) : 계가 열의 이동(교환)을 허용하여 줌
        . 例) 투열벽(diathermic boundary), 밀봉된 알루미늄캔 등