Transcript 열역학-1강

열역학
동의대학교
건축설비공학과
1주차 – Introduce / SI단위
9주차 – 습공기
2주차 – 열역학의 기초
10주차 – 가스 사이클
3주차 – 열역학 제 1법칙
11주차 – 증기 사이클
4주차 – 완전가스
12주차 – 냉동 사이클
5주차 – 열역학 제 2법칙
13주차 – 가스 및 증기의 유동
6주차 – 열역학 제 2법칙
14주차 – 전열
7주차 – 증기의 성질
15주차 – 총정리
8주차 – 중간고사
16주차 – 기말고사
교재 : 보고 싶은 공업 열역학, 건기원 최상곤 외
중간, 기말 각 30%, 출석 20%, 퀴즈 20%
전용준, [email protected], 629호 연구실
열역학
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F  ma
VS
d
d
dv
dm
P   (mv )  m  v
F 
dt
dt
dt
dt
열역학
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역학(力學)이란? 힘과 에너지를 다루는 학문
역학의 범위? 열역학, 유체역학, 고체역학, 정역학, 동역학
열역학(Thermodynamics)이란? 에너지(Energy)와 엔트로피(Entropy)를 다루는 학문
Thermo(Heat) + Dynamics(Motion)
•열역학 제 0법칙? 온도(Temperature)
•열역학 제 1법칙? 에너지(Energy)
•열역학 제 2법칙? 엔트로피(Entropy)
•열역학 제 3법칙? 절대 0도와 엔트로피(Entropy)
과학 법칙은 불변의 진리인가?? 천동설, 창조론, 시간의 불변, 자연현상의 필연성
열역학을 배우는 목적? 열역학의 다루는 문제의 본질을 이해하고 공학문제에 적용
하는 능력을 배양
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SI 단위 & 단위의 중요성
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챌린저호의 폭발사고 (1986년)
-연료분사노즐 씰링의 파손
- SI단위계와 야드파운드계의 환산 오류 설
앞줄 왼쪽부터 :
마이클 J. 스미스(40, 1) - 조종사. 공군 중령.
프랜시스 스코비(46, 2) - 선장. 해군 대령.
로널드 맥네어(35, 2) - 탑승 운용 기술자. 물리학자.
뒷줄 왼쪽부터 :
엘리슨 오니즈카(39, 2) - 탑승 운용 기술자. 공군 중령.
크리스타 매콜리프(37, 1) - 탑승 과학 기술자 겸 우주비행 참가자. 교사.
그레고리 자비스(41, 1) - 탑승 과학 기술자. 공군 대위.
주디스 레스닉(36, 2) - 탑승 운용 기술자. 기술자.
열역학
 중량(kgf)과 질량(kg)?
중량(무게) - 지구의 중력이 물체에 가하는 중력의 정도
질량 – 물질이 가지고 있는 고유한 양
지름 (지구의 0.273배)
질량 (지구의 0.0123배)
달에서의 무게는 지구의 몇배인가?
1kgf = 9.8N
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몸무게 : 51kgf
질량 : 51kg
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몸무게 : 8.5kgf
질량 : 51kg
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 SI단위계의 기본단위
물리
기호
이름
정의
길이
m
미터
1미터는 빛이 진공에서 1/299,792,458초 동안 진행한 경로의 길이이다.
질량
kg
킬로그램
1킬로그램은 질량의 단위이며 국제 킬로그램 원기의 질량과 같다.
시간
s
초
1초는 온도가 0K인 세슘-133 원자의 바닥 상태에 있는 두 초미세 준위 사이의 전이에
대응하는 복사선의 9,192,631,770주기의 지속 시간이다.
전류
A
암페어
1암페어는 무한히 길고 무시할 수 있을 만큼 작은 원형 단면적을 가진 두 개의 평행한
직선 도체가 진공 중에서 1미터의 간격으로 유지될 때, 두 도체 사이에 미터당 2×10-7
뉴턴의 힘을 생기게 하는 일정한 전류이다.
온도
K
켈빈
열역학적 온도의 단위인 켈빈은 물의 삼중점의 열역학적 온도의 1/273.16이다.
물질량
mol
몰
1몰은 바닥상태에서 정지해 있으며 속박되어 있지 않은 탄소-12의 0.012킬로그램에 있
는 원자의 개수와 같은 수의 구성요소를 포함한 어떤 계의 물질량이다. 몰을 사용할 때
에는 구성요소를 반드시 명시해야 하며 이 구성 요소는 원자, 분자, 이온, 전자, 기타 입
자 또는 이 입자들의 특정한 집합체가 될 수 있다.
광도
cd
칸델라
1 칸델라는 진동수 540×1012헤르츠인 단색광을 방출하는 광원의 복사도가 어떤 주어
진 방향으로 스테라디안당 1/683와트일 때 이 방향에 대한 광도이다.
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 SI단위계의 무차원 단위
물리
기호
이름
평면각
rad
라디안
입체각
sr
스테라디
안
정의
2차원 평면에서, 라디안으로 표현되는 각은 잘려지는
호의 길이와 관련이 있다.
Θ = l/r
l 은 호의 길이(m)
r 은 원의 반지름(m)
3차원에서, 스테라디안으로 표현되는 입체각은 잘려지는
면적과 관련이 있다.
Ω = S/r^2
S 은 표면적(m)
r 은 구의 반지름(m)
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 SI단위 접두어
10n
1024
1021
1018
접두어
요타 (yotta)
제타 (zetta)
엑사 (exa)
기호
Y
Z
E
배수
자
십해
백경
십진수
1 000 000 000 000 000 000 000 000
1 000 000 000 000 000 000 000
1 000 000 000 000 000 000
1015
페타 (peta)
P
천조
1 000 000 000 000 000
1012
테라 (tera)
T
조
1 000 000 000 000
109
기가 (giga)
메가 (mega)
킬로 (kilo)
헥토 (hecto)
데카 (deca)
G
M
k
h
da
데시 (deci)
센티 (centi)
밀리 (milli)
d
c
m
십억
백만
천
백
십
일
십분의 일
백분의 일
천분의 일
1 000 000 000
1 000 000
1 000
100
10
1
0.1
0.01
0.001
10−6
마이크로 (micro)
µ
백만분의 일
0.000 001
10−9
10−12
나노 (nano)
피코 (pico)
n
p
십억분의 일
일조분의 일
0.000 000 001
0.000 000 000 001
10−15
펨토 (femto)
f
천조분의 일
0.000 000 000 000 001
10−18
아토 (atto)
a
백경분의 일
0.000 000 000 000 000 001
10−21
젭토 (zepto)
z
십해분의 일
0.000 000 000 000 000 000 001
10−24
욕토 (yocto)
y
일자분의 일
0.000 000 000 000 000 000 000 001
106
103
102
101
100
10−1
10−2
10−3
열역학
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 짐바브웨의 지갑
 적절한 접두어의 사용으로 단위를 간소화 시키는 것이 필요
1,000,000,000,000 byte = 1 TB????
※ 컴퓨터는 2진수를 처리하므로 가장 근소한 값으로 정함 1TB=2^40bytes
= 1.09951*10^12 bytes
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 병용하여 사용하는 단위들
유도량
이름
기호
국제단위로 나타낸 값
시간
분
min
1 분 = 60 s
시간
시간
h
1 h = 60 min = 3600 s
시간
일
d
1 d = 24 h = 1440 min = 86400 s
각도
도
°
1° = (π/180) rad
각도
분
′
1′ = (1/60)° = (π/10800) rad
각도
초
″
1″ = (1/60)′ = (1/3600)° = (π/648000) rad
부피
리터
L
0.001 m3
질량
톤
t
1 t = 103 kg
에너지
전자볼트
eV
1eV = 1.60217733 (49) × 10-19 J
질량
원자량 단위
u
1u = 1.6605402 (10) × 10-27 kg
길이
천문 단위
au
1au = 1.49597870691 (30) × 1011 m
길이
해리
해리
1 해리 = 1852 m
속력
노트
kn
1 kn = 시간당 1 해리 = (1852/3600) m/s
넓이
아르
a
1a = 1dam2 = 100 m2
넓이
헥타르
ha
1ha = 100a = 10000 m2
압력
바
bar
1 bar = 105 Pa
길이
옹스트롬
Å
1 Å = 0.1 nm = 10-10 m
면적
바안
b
1b = 10-28 m2
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 단위를 가지고 노는법
365 day
365 day 24 hour
 1year 

1year
1year
1day
365 day 24 hour 60 min
 1year 


1year
1day
1hour
365 day 24 hour 60 min 60 s
 1year 



 31,536 ,000 s
1year
1day
1hour 1min
1year  1year 
1kWh  1kW  1hr  1kW  3600 s  3600 kJ
1kcal
 3600 kJ 
 857 .14 kcal  860 kcal
4 .2kJ
1kcal  1kcal 
4 .2kJ
1hr
4 .2kJ
 4 .2kJ 

 1hr  0 .001167 kWh
1kcal
3600 s 3600 s
열역학
 SI단위계의 조립단위 => N, Pa, J등
단위가 내포하는 뜻
= 7가지 SI단위의 조합
차원해석
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열역학
 힘 = 질량 x 가속도
F ( N )  M (kg)  a(m
s
2
)  kg  m
s2
 압력 = 힘 / 면적
 전압 = 동력 ÷ 전류
kg  m 2
2
3
kg

m
s
W
V


A
A  s3
A
 저항 = 전압 / 전류
kg  m
Pa  F
m2

m
s 2  kg
2
kg  m 2
m  s2
 일(에너지) = 힘 x 거리
J  F  L  kg  m
s2
2
kg

m
m 
 동력(일률) = 일 ÷ 시간
kg  m 2
W J
s

s
s 2  kg  m
2
s3
 V
A

A
A  s 3  kg  m
2
A2  s 3
 섭씨온도 = 물의 어는점(0)과
끓는점(100)을 100등분
s2
' C  K  273.15
 화씨온도 = 물의 어는점(32)과
끓는점(212)을 180등분
' F ' C  9  32
5
' F  ( K  273.15)  9  32
5
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 만유인력의 법칙
Mm
F  G 2  ma
r
M = 5.97219*10^24kg
r ≒ 6,363km
M
G 2  9 .81(m /s 2 )
r
G=?
G  6 .67 * 10 11Nm
2
/kg 2 (m
3
/kgs 2 )
열역학
 뉴턴의 운동 3 법칙
v  v0  at
v(m / s )  v0 (m / s )  a(m / s 2 )t ( s)
1
S  v0t  at 2
2
1
S (m)  v0 (m / s)t ( s )  a(m / s 2 )t ( s ) 2
2
v 2  v02  2aS
v(m / s ) 2  v(m / s ) 02  2a(m / s 2 ) S (m)
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열역학
 열량(cal) = 물 1g을 1℃ 올리는데 필요한 열량
= 1기압하에서 14.5℃의 물 1g을 15.5℃로 올리는데 필요한 열량
Q  M  C  T
1cal  4.2 J (kgm / s )
2
비열 C의 단위는??
KJ
2

kg  K
m2

s K
2
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 베르누이 방정식 = 이상유체에 대해 유체에 가해지는 외부 일이 없을 경우,
유체의 속도와 압력, 위치에너지 사이의 관계를 나타낸 식
p2, v2, h2
p1, v1, h1
p1
2
2
v1
p 2 v2

 gh1 

 gh2
 2

2
p1 (kg / ms2 ) v1 (m / s) 2
m2
2

 g (m / s )h1 (m)  2
3
 (kg / m )
2
s
 좌우변의 차원이 같아야함.
 덧셈과 뺄셈은 차원이 같아야함.