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내부 에너지, 온도 및 열 사이에는 명확한 차이가 있습니다. 물질의 내부 에너지는 물질내의 모든 분자의 총 에너지를 말합니다. 그것의 온도는 모든 개별 분자의 평균 운동 에너지의 측정입니다. 열 평형에 뜨거운 금속의 두 조각을 고려, 다른 크기의 절반. 둘 다 동일한 온도를 가지고 있지만, 금속의 작은 조각은 다른 것보다 절반열 에너지를 가지고 있습니다. 마지막으로, 위에서 설명한 바와 같이 열은 다른 물체로부터 에너지를 전달하는 것입니다.

열이 물체로 유입되면 물체의 온도가 상승합니다. 그러나 온도 상승량은 열이 유입되는 재료의 종류에 따라 달라집니다. 주어진 물질의 온도를 변경하는 데 필요한 열량, Q는존재하는 물질의 질량 m에 비례하고 온도 변화 ΔT에비례한다. 이 간단한 관계는 다음과 같이 표현됩니다.

Q = mc ΔT, (방정식 1)

여기서 c는 특정 열 (또는 때로는 특정 열 용량이라고도함)이라고 불리는 재료의 특성 품질입니다. 방정식 1을 재배열하면 다음을 제공합니다.

c = Q / (m ΔT). (방정식 2)

따라서 특정 열의 단위는 J입니다. 특정 열은 물질의 1g을 1°C 씩 올리는 데 필요한 열의 양으로 설명될 수 있다. 표준 대기압에서, 물의 특정 열은 4.18 J /(g°C)로 알려져 있다. 즉, 4.18 J의 에너지가 1g의 물에 공급되면 온도가 1 °C 증가합니다. 그러나, 이것은 물의 견본이 그것의 주변에서 충분히 고립된다는 것을 가정합니다. 그렇지 않다면 물로 옮겨지는 에너지 중 일부는 주변 공기를 둘러싼 환경으로 손실될 수 있습니다. 이러한 종류의 에너지 손실 또는 전송을 시스템 "작업"이라고 합니다. 그런 다음 열역학의 첫 번째 법칙을 다음과 같이 작성할 수 있습니다.

ΔU = Q - W, (방정식 3)

U가 시스템의 총 내부 에너지인 경우 Q는 시스템에 추가된 열이며 W는 시스템에서 수행하는 작업입니다.

이 실험실은 본질적으로 스티로폼 컵인 "커피 컵 칼로리계"를 특징으로 합니다. 스티로폼은 내부 물질을 컵 주변환경으로부터 충분히 절연하여 시스템이 작동하지 않고 W = 0을 수행합니다.

표 1에기록된 값을 사용하여 리드의 특정 열을 계산할 수 있습니다. 열역학의 첫 번째 법칙에서, 에너지는 고립 된 시스템에서 생성되거나 파괴되지 않는 것으로 알려져 있지만, 에너지는 시스템 내의 다른 물체 사이를 전송할 수 있습니다. 납의 뜨거운 조각이 커피 컵 칼로리계에 넣으면, 열은 물로 이어질수로부터 공급되며 열 전달이 보존됩니다. 즉, 리드의 열 출력, Q_out, 물의 열 입력과 동일, Q_in

Q_아웃 = Q_에서. (방정식 4)

수학식 3에서와같이 총 에너지 U는 일정합니다. 방정식 1을사용하여 방정식 4는 다음과 같이 기록할 수 있습니다.

m_리드 c_리드 ΔT_납 = m_물 c δT_물. (방정식 5)

4.18 J/(g°C)로 알려진 물의 특정 열과 표 1의정보로 c_리드는다음을 해결할 수 있습니다.

_c납 = (m_물 c_물 ΔT_물) / (m_납 Δt_납) (방정식 6)

= (220g · 4.18 J/(g C^o) · 1.2°C/ (43.4C^o · 201 g)

= 0.127 J/(g°C).

납의 특정 열에 대한 허용 된 값은 0.128이므로 여기에있는 결과는 1.5 %의 차이와 함께 우수한 합의입니다.

표 1. 실험 결과.

	Ti (°C)	Tf(°C)	m (g)
물	18.5	19.7	220
납	63.1	19.7	201

열역학의 첫 번째 법칙은 우주 전체에 적용되며, 우주 전체에 걸쳐 에너지가 생성되거나 파괴될 수 없지만, 모든 종류의 에너지 전달과 변환이 일어난다. 식물은 햇빛에서 에너지를 유기 분자에 저장된 화학 에너지로 변환하며, 그 중 많은 사람들이 나중에 먹습니다. 우리의 전기의 대부분을 생산하는 원자력 발전소는 뜨거운 방사성 막대에서 열 전달을 사용하여 전기를 생성하는 터빈에 전력을 공급하는 증기를 생산합니다. 냉장고는 전기를 사용하여 시스템에서 열을 끌어내어 작동합니다. 냉각수와 응축기로 채워진 증발기는 냉장고에서 작동하여 음의 열 전달을 효과냅니다.

열 전달은 뜨거운 납과 실온 물 사이의 폐쇄 된 시스템에서 관찰되었다. 특정 열 용량은 알려진 수량의 물과 납의 온도 변화를 측정하여 측정되었습니다. 스티로폼 컵 시스템이 주변에서 충분히 절연되지 않았다면, 시스템의 열이 손실되었을 것이고, 뜨거운 물/납은 방정식 3에서와같이 주변 환경에서 작업을 했을 것이다. 이 경우, 주변 공기가 쉽게 주변 의 열을 발산하기 때문에,이 실험실에서 수행 계산은 훨씬 더 어려웠을 것이다. 스티로폼 컵은 좋은 절연체 역할을 하기 때문에 주변 공기와 는 별개로 시스템이 고려되었습니다. 실험 중에 에너지가 생성되거나 파괴되지 않은 경우 열역학의 첫 번째 법칙이 관찰되었습니다. 폐쇄 된 시스템의 에너지가 보존되었습니다.