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  • 작성자 사진Admin

reversible process 질문있습니다.

교수님께서 Reversible process는 공정 중에 항상 system과 surrounding이thermal & mechanical equilibrium 상태여야 한다고 하셨습니다.이전 챕터 처음부분(ch1. figure1.1)에 왼쪽과 오른쪽 system 사이에 movable wall를 두면

양 쪽이 서로 같은 압력인 mechnical equilibrium 상태가 될 때까지 movable wall가 움직인다고 하셨습니다.교수님께서 figure2.8이 reversible process라고 하셨고, 모든 공정에서 mechanical equilibrium 상태라는 건데 그 때는 movable wall가 움직이지 않는양 쪽 system의 압력이 같은 상태인데 figure2.8에서는 어떻게 왼쪽 계의 부피가 팽창할 수 있는 것인가요?모든 공정 중에 system과 surroundings가 thermal & mechanical equilibrium인 reversible process에서어떻게 일(W)을 할 수가 있는건가요?

 

그리고 figure2.7과 figure2.8 모두 movable wall이 두 system 사이에 있는데 두 system 사이에 movable wall이 있다는 건 2.7과 2.8 모두mechanical equilibrium을 이룰 수 있다는 거 아닌가요?그 상태로 똑같이 왼쪽의 system의 부피가 팽창했는데왜 figure2.7의 외부압력은 동일하고, figure2.8의 외부압력은 변하나요?오른쪽의 system의 경우 부피가 줄어들었으니 2.7과 2.8 모두 압력이 커져야 하지 않나요?또 다른 조건이 있는 건가요?

 

그리고 이전 figure2.6에서 movable wall 위에 물체가 하나 놓였다고 생각했을 때계에서 해준 일(W)은 외부압력(Pex)만큼의 힘을 이기고 부피를 팽창시킨 것이므로외부압력(Pex)와 늘어난 부피(V)의 곱으로 된다는 거라고 말씀하셨는데그렇게 된다면 figure2.8에서 왼쪽 system의 부피가 커질 수록 오른쪽 system의 부피는작아지니 갈수록 외부압력이 커져서(pf>pi) 왼쪽 계는 점점 더 많은 일을 하게되어야 하는 것 아닌가요? 그래서 그래프 모양이 위로 올라가게 그려져야 하지 않나요?왜 pf는 pi 보다 작고 하는 일의 크기는 점점더 작아지는 방향으로 그려지는 것인가요?그리고 figure 2.8의 부피의 변화가 없는 상태의 pi와 figure2.7의 Pex는 둘다 부피의 변화가 없는 상태에서의 외부압력인데왜 figure2.7의 Pex가 더 작은가요?


답변) (1)reversible process라는 것은 Pex=P가 되면서 움직이는 것(기계젹 평형)을 뜻합니다. 즉, movable wall가 움직이지 않는 것이 아니라 매순간마다 평형을 이루면서 움직이고 그에 따라 일을 하게 되었다라고 생각하면 될 듯 합니다. 그래서 원래 w의 정의도 w=-PexdV인데 Pex=P가 되니(기계적평형) 내부의 압력인 P로(이상기체라면 P=nRT/v) 계산이 가능한 것입니다. 사실, 압력이 같은데 움직이는게 좀 이상하죠? 근데 외부의 압력을 변화시킬때 아주 조금씩 변화시키면 그때마다 Pex=P를 만족할 수 있게 된다고 합니다.(하지만 이런건 불가능하죠, 그래서 가역과정이라는 것은 가상의 것이고요). 저는 가역과정을 이해할 때 Pex의 요인으로써 피스톤 위에 모래알을 1000만개 놓고 그 모래알을 1개씩 제거하면 Pex=P를 근사적으로 만족한다고 책에서 봤습니다.



(movable wall 이 있다는 것이 왜 mechanical equilibrium이 된다는 거죠?)


figure2.7의 외부압력이 일정하다는 것은 비가역과정을 설명하기 위한 하나의 설정(?)이라고 생각합니다. (ex)자유팽창) 즉 외부압력이 일정하다고 설정을 해준거 아닐까요?. 예를들면 피스톤이 대기의 압력을 받고 있을땐 전체 팽창과정을 통해서 똑같은 압력이 작용하게 되는거죠. figure 2.8같은 경우도 외부압력을 기체압력과 같게 설정을 해준 것인것 같습니다. (그림을 이해할 때 직사각형이 안이 movable wall를 사이에 두고 두개의 system으로 나뉘어져 있다고 보기보다는 왼쪽의 system과 주위로 보는 것이 이해하기가 수월할 것 같습니다.)

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