First Law of Thermadynamics   열역학 제1법칙

1. 열역학 제1법칙 이란?

  ㅇ `에너지 보존 법칙`에 대한 열역학적 표현
     - 우주 전체의 에너지는 일정
        .  ΔU우주 = ΔU계 내부에너지 + ΔU계 주위 = 0
           .. ΔU계 내부에너지 : 내부에너지의 증감
           .. ΔU계 주위 : 일 및 열로써 유출입

        . 즉, 에너지가 여러 다른 형태로 전환 기능하나 우주 전체로 보면 일정 함
           .. 과정 전후에 존재하는 전체 에너지의 량은 같음

     - 에너지의 전환,수송이 가능
        . 에너지는 생성 소멸되지 않으나, 어떤 다른 형태로 전환되거나 수송될 수 있음
        . 특히, 내부에너지는 일,열로 전환될 수 있지만, 생성되거나 소멸될 수는 없음

        . 즉, 계가 사이클 변화를 할 때, 
           .. 전 사이클에 걸친 열의 합이, 전 사이클에 걸친 일의 합과 같음
              
[# \oint δQ = \oint δW #]
           .. ({#\ointδQ#} : 열전달의 사이클 적분, {#\oint δW#} : 일의 사이클 적분)


  ㅇ `보다 확장된, 에너지 보존법칙`
     - 역학적 에너지 보존법칙에다가, 일 및 열을 모두 포함시켜 확장된 에너지 보존 법칙

     - 계에 대한 에너지의 입출입에 관한 법칙

  ㅇ `에너지의 량(量)`에 관한 법칙
     - 에너지의 양적 변화를 관리하는 법칙

  ㅇ `에너지의 균형`에 관한 법칙` => 아래 2.항 참조
     - 에너지 입출입 균형 : △U = Q + W
        . 등호 좌변은, 계의 내부 에너지 변화, 우변은, 계로 전달되는 외계 에너지


2. 에너지의 균형에 관한 법칙 : `열과 일`, 그리고 `내부 에너지` 

  ㅇ (화학분야 관점)
     - 계(系)에 가해지는 열 및 일은, 
        . 그만큼 계의 내부 에너지의 변화를 초래함
        . 즉,  Q + W (열 및 일로써 가해진 량) = △U (내부에너지의 증감 변화량)

  ㅇ (기계공학 관점)   
     - 계의 내부 에너지 변화량은, 
        . 내부로 전달된 열 에너지에 외부로 행한 일 에너지를 뺀 값임
        . 즉,  △U = (그 계에 추가된 열 △Q) - (계가 외부에 행한 일 △W)

     - 계의 총 에너지 변화율은,
        . 계에 전달된 열전달률에서 계가 행한 일률을 뺀 것과 같음
            
        . 여기서, 총 에너지는, 운동에너지,위치에너지,내부에너지를 모두 포함한 개념

  ※ 결국, 열 Q 와 일 W 로써 전달된 양은, 그만큼 내부에너지가 변화됨으로써, 항상 보존됨


3. 특징

  ㅇ 정의되는 상태량 : 에너지 (특히, 내부 에너지) 
     - 계에 가해지는 열 및 일은, 계의 내부 에너지의 변화를 초래함 

  ㅇ 주요 논의 대상 
     - 에너지 보존, 에너지 변환, 에너지의 양적 관계, 에너지의 균형


4. [참고사항]  열, 일, 내부에너지 비교

  ㅇ 열과 일은 등가적인 개념 => 에너지 전달 수단 => 이동 에너지
     - 과거에는 열(熱)이 질량이 없는 유체로 생각했으나,
     - Gay-Lussac 및 Joule 등의 실험으로,
     - 열이 일과 대등하게 에너지 개념으로 확립됨

  ㅇ 열,일 => 경로함수
     - 경로에 따라 달라지는 경로함수 임

  ㅇ 내부에너지 => 상태함수
     - 경로에 무관한 상태함수 임