줄 톰슨 계수가 양수이면, dP가 음수일 때 dT도 음수이므로 압력이 감소할 때, 즉 팽창할 때 온도가 감소한다고 이해했습니다. 온도를 감소시키는 것은 분자 수준으로 보면 분자의 평균 속력이 감소하는 것인데, 속력이 감소하니까 분자 간 attraction이 증가해 서로 붙들고 있으려는 경향이 증가한다고 생각했습니다. 따라서, 기체 분자들이 서로 멀어질 때에는 attraction이 감소하므로 더 자유롭게 이동이 가능해 속력이 빨라진다고 생각했는데, 교재에서는 멀어질 때 속력이 감소한다고 나와있어, 제가 이해한 부분 중 어떤 점이 틀렸는지 여쭤보고 싶습니다. 감사합니다!
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안녕하세요 환경생태공학부 정수운이라고 합니다.
해당 부분 교과서를 읽어보고 제가 이해한 내용 공유 드립니다.
attraction이 강한 기체 분자들은 서로 멀어질 때 potential energy가 증가합니다. 따라서 열출입이 없는 상황에서 전체 에너지 값을 유지시키기 위해 kinetic energy가 감소해야합니다. kinetic energy의 감소로 인해 속도가 느려지고 cooling이 일어납니다.
반대로 repulsion이 강한 기체 분자들은 서로 멀어질 때 potential energy가 감소합니다. 마찬가지로 전체 에너지 값은 같아야함으로 이 경우는 kinetic energy가 증가하고, heating으로 나타납니다.
학우님 안녕하세요,
우선 분자의 속력 감소는 분자 간 attraction을 증가시킨다고 생각하시는 것보다 분자 간 interaction을 증가시킨다고 생각하시는 것이 좋을 것 같습니다. (이때 interaction은 attraction과 repulsion 둘 다를 내포하고 있습니다.) 즉, 분자 간 속력이 감소하면 분자들이 서로 interaction할 수 있는 시간이 늘어 분자 간 interaction이 증가할 수 있는 것입니다.
그리고 Lennard Jones potential 그래프만 떠올려 보셔도 기체 분자 간 거리가 증가하면 potential energy가 감소하고 attraction이 우세해지는 것을 아실 수 있습니다. 따라서 분자 간 거리가 증가하면 분자 간 interaction 중 attraction이 우세해지고 분자끼리 서로 붙들려고 하여 속력이 감소한다고 생각하시면 될 것 같습니다.
제 답변을 참고해주시고, 저도 아직 공부 중인 학생이기에 잘못된 정보일 수 있다는 점 감안해주시길 바랍니다. 조교님과 교수님의 더욱 좋은 답변을 기다리시는 게 좋을 것 같습니다!
감사합니다 :)