에너지관리산업기사 열역학 법칙의 정의 — 엔트로피·제1법칙·제2법칙

열역학 제1법칙은 에너지 보존 법칙으로, 열과 일은 에너지의 이동 형태이며 서로 변환될 수 있다는 뜻이다. 제1법칙은 에너지가 새로 생기거나 소멸하지 않음을 전제로 하므로 계 내의 내부에너지 변화는 출입하는 열과 일이 만들어내는 차이로 표현한다.

열역학 제2법칙은 자연 현상의 방향성, 즉 비가역성을 규정하며 엔트로피 증가로 표현된다. 제2법칙에 따르면 열은 스스로 저온에서 고온으로 이동하지 못하고 엔트로피는 비가역 과정에서 증가한다. '아무 변화 없이 전부를 일로 변환'하는 것은 켈빈-플랑크 서술에 위배되며 제2종 영원기관에 해당하여 불가능하다.

엔트로피(entropy)는 제2법칙과 직접 관련된 상태량으로 dS = δQ/T의 정의식을 가지며 단위는 kJ/K로 표기한다. 가역 과정에서는 계와 주변을 합친 전체 엔트로피 변화가 0이고 비가역 과정에서는 전체 엔트로피가 증가한다는 점을 핵심으로 이해해야 한다.

내연기관 등 이상 사이클 문제는 과정의 종류와 순서를 정확히 파악해야 한다. 오토 사이클은 등적가열을 특징으로 하고 디젤 사이클은 등압가열을 특징으로 하며 샤바테(복합) 사이클은 등적가열 후 등압가열의 순서를 가진다.

엔트로피 변화량 계산 문제에서는 계의 조건에 맞는 공식을 선택해야 한다. 예컨대 비체적 변화가 주어진 경우 Δs = cv·ln(T2/T1) + R·ln(v2/v1)를 사용하고, 밀폐계에서는 ΔS = m[cp·ln(T2/T1) − R·ln(v2/v1)] 형태를 적용한다.