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1[일반기계기사 필기] 19년 2회차
클라우지우스(Clausius) 부등식을 옳게 표현한 것은? (단, T는 절대 온도, Q는 시스템으로 공급된 전체 열량을 표시한다.)
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해설
클라우지우스 부등식은 ∮δQ/T ≤ 0으로 쓴다.
가역 사이클에서는 ∮δQ/T = 0 이 되어 등호가 성립하고, 비가역 사이클에서는 내부 엔트로피 생성 때문에 ∮δQ/T < 0 이 된다. 즉 어떤 사이클도 이 값이 양수가 될 수 없다는 것이 열역학 제2법칙의 수학적 표현이다.
- 부등호가 ≥ 0 으로 뒤집힌 식은 받은 열을 모두 일로 바꾸는 사이클까지 허용하게 되어 제2법칙에 어긋난다.
- 절대온도를 곱한 ∮TδQ 형태는 엔트로피 정의 dS = δQ/T 와 아무 관계가 없어 부등호 방향과 무관하게 성립하지 않는다.
핵심은 열량을 그때그때의 절대온도로 나누어 사이클 한 바퀴 적분한다는 점이다.
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