1. 에너지 (Energy)
ㅇ 일하는 능력 또는 열 발생 능력
- 즉, 변화를 초래하는/일으키는 능력 (변화의 원인 또는 결과)
ㅇ 상태를 특징지울 수 있는 물리량(量)
- 물체의 역학적 특정 상태를 나타내는 물리량 중의 하나 (위치,운동량,에너지 등)
- 계의 열역학적 상태를 나타내는 물리량 중의 하나
. 즉, 열역학적 상태는, 일련의 열역학적 상태량(압력,온도,부피,에너지 등)들에 의해 결정됨
* 통상, 에너지가 높을수록, 불안정하고 편안하지 않은 상태
. 만일, 자연스런 흐름에 거슬러 행하려면, 에너지를 쏟아 넣어야 함
ㅇ [명칭]
- 라이프니츠(1646~1716년)가, 생명의 힘(vis viva)이라는 표현으로 유사 개념을 생각함
- 1717년 베르누이가, 그리스어 en-(안으로) + ergon(일)으로, 에너지(energy)라는 용어 만듬
- 1807년 영국의 과학자 Thomas Young이, 이 용어를 논문,강연에서 사용하면서 널리 사용됨
- 후에, 1852년 캘빈 경이, 열역학에서도 이 용어를 사용하자고 제안함
2. 에너지의 정의 : `힘`, `일`, `에너지` 관계
ㅇ dW = F·dl [Nㆍm]
- `힘 F`으로, 거리 dl 만큼 움직이게 행한 `일 dW`은, `에너지`로써 저장됨
. 例) 중력에 대항하는 힘으로 물체를 들어올리는데 한 일은 위치에너지로써 저장됨
3. 에너지의 단위 : [J(Joule)]
ㅇ 주로, [J(Joule)] 로써 나타냄
- 원자 등 미시계에서는, [eV] 등을 많이 사용
※ 한편, 일과 열도 에너지와 같은 차원을 갖는 단위를 씀
- 일(Work)에 많이 쓰이는 단위 : [Nㆍm]
. 1 [J] = 1 [N m] = 1 [㎏ ㎡/s²] = 1 [Watt s (전기적 일)]
- 열(Heat)에 많이 쓰이는 단위 : [J(Joule)]
. 4.184 [J] = 1 [cal,Colorie (식품 열량)]
4. 에너지의 출입,전달 : `열`, `일`, `에너지` 관계
※ ☞ 에너지 전달 참조
- 에너지는, 주로 `열과 일`이라는 두가지 방법(형태)로써, 계 간에 전달됨
. 즉, `열과 일`은, 경계 상의 에너지 임
※ `에너지`는 상태적이지만, `열`과 `일`은 경계 현상 임
- 에너지는, `경로 무관` 이지만 (상태함수),
- 열과 일은, `경로 의존` 임 (경로함수)
* 즉, 열과 일은, 계의 경계에서 만 인식 됨 ☞ 이동 에너지(열 및 일)(Energy in transit) 참조
. 열 (Heat) : 온도차에 의해, 전달되는 에너지 이동을 나타냄
. 일 (Work) : 역학적 운동시, 전달되는 에너지 이동을 나타냄
5. 에너지의 보존
ㅇ 에너지는 물리적 과정에서 소멸/생성되지 않고, 다른 에너지 형태로 변환 됨
- [참고] ☞ 보존 법칙, 에너지 보존법칙 참조
6. 에너지의 존속 형태
ㅇ (거시적 에너지) 역학적 에너지 (Mechanical Energy) : 운동 에너지 (KE) + 위치 에너지 (PE)
- 물체 운동에 따른 `운동에너지 KE`와 위치에 따른 `위치에너지 PE`와의 합
. 즉, W = KE + PE
. 통상,
.. 운동에너지 KE는, 속도의 함수로, (KE = ½mv2)
.. 위치에너지 PE는, 높이의 함수로써 정의됨 (PE = mgy)
- 한편, 파동적 에너지 (Wave Energy) 이란? ☞ 파동 에너지 참조
. 에너지를 공간적으로 분포,이동을 가능케하는 물리,수학적 개념 도구 임
ㅇ (미시적 에너지) 내부 에너지 (Internal Energy) : U
- 계의 내부에 저장된 에너지
. 계 내부 입자인 분자,원자들과 관련된 에너지
ㅇ (총 에너지) E = U + (KE + PE)
7. 에너지의 종류, 변환, 효율
※ 에너지는, 일을 할 수 있는 능력으로써, 변하지 않고, 모습 만 달라짐
ㅇ 에너지의 종류 (형태) ☞ 에너지 형태 참조
- 열 에너지, 역학 에너지(운동 에너지,위치 에너지), 전기 에너지, 화학 에너지, 핵 에너지 등
ㅇ 에너지의 변환 (서로 변환 및 저장 가능)
- 기계에너지 → 유체에너지 : 펌프 등
- 유체에너지 → 기계에너지 : 터빈, 풍차 등
- 기계에너지 → 열에너지 : 제동장치 등
- 열에너지 → 기계에너지 : 내연기관 등
* 한편,
. 열에너지는, 가장 질이 낮은 에너지 형태 임 ☞ 열역학 제2법칙 참조
. 전기에너지는, 가장 질 높은 에너지 형태 임
- 전기에너지 → 기계에너지 : 모터 등
- 빛에너지 → 전기에너지 : 태양전지 등
- 기계에너지 → 전기에너지 : 발전기 등
ㅇ 에너지의 변환 효율 ☞ 효율성 참조