열역학 2법칙과 관련하여 가역 또는 비가역 사이클 과정 중 항상 성립하… | [에너지관리기사 필기] 19년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[에너지관리기사 필기] 19년 1회차

열역학 2법칙과 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

열역학 제2법칙을 사이클에 적용한 것이 클라우지우스 적분(부등식)으로, 가역·비가역을 가리지 않고 모든 사이클에서 $\oint \dfrac{\delta Q}{T} \le 0$ 이 항상 성립한다.

여기서 등호는 가역 사이클일 때만 성립한다. 마찰이나 유한한 온도차를 통한 열전달 같은 비가역 요소가 있으면 적분값은 반드시 0보다 작아진다. 그러므로 두 경우를 모두 포괄해 항상 참인 관계는 0보다 작거나 같다는 부등식이다.

적분값이 0이라고만 쓰면 가역 사이클에만 맞는 특수한 경우이고, 0보다 크다거나 0 이상이라는 표현은 제2법칙에 정면으로 어긋나 성립할 수 없다. 이 부등식으로부터 엔트로피가 상태량으로 정의되고, 고립계의 엔트로피 증가 원리가 유도된다.

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