열역학 제2법칙과 관련하여 가역 또는 비가역 사이클 과정 중 항상 성립… | [에너지관리기사 필기] 21년 3회차 기출문제 상세 페이지

1[에너지관리기사 필기] 21년 3회차

열역학 제2법칙과 관련하여 가역 또는 비가역 사이클 과정 중 항상 성립하는 것은? (단, Q는 시스템에 출입하는 열량이고, T는 절대온도이다.)

 $\oint \dfrac{\delta Q}{T} = 0$

 $\oint \dfrac{\delta Q}{T} > 0$

 $\oint \dfrac{\delta Q}{T} \geq 0$

 $\oint \dfrac{\delta Q}{T} \leq 0$

해설

클라우지우스 적분(부등식)은 열역학 제2법칙을 사이클에 대해 수식으로 나타낸 것으로, 가역이든 비가역이든 모든 사이클에서 $\oint \dfrac{\delta Q}{T} \le 0$ 이 성립한다.

등호는 사이클의 모든 과정이 가역일 때만 나타나고, 마찰이나 유한한 온도차를 통한 열전달 같은 비가역 요소가 있으면 반드시 0보다 작아진다. 따라서 항상 0이라고 못박은 식은 가역 사이클에만 해당하고, 0보다 크다거나 0 이상이라는 식은 제2법칙을 위배하는 사이클을 허용하게 되어 성립하지 않는다.

여기서 T는 열이 드나드는 경계의 절대온도이고 δQ는 계로 들어오면 (+), 나가면 (−)로 잡은 열량이다. 이 부등식이 엔트로피 정의와 증가 원리 $dS \ge \dfrac{\delta Q}{T}$ 의 출발점이 된다.

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