핵심 원리

열역학 제1법칙 Q = ΔU + W는 에너지 보존 법칙의 열역학적 표현입니다. 계에 드나든 열은 기체 분자들의 운동 상태를 바꾸어 내부 에너지로 저장되거나, 피스톤을 움직이며 외부에 하는 일로 전환됩니다.

탐구 질문

• 등온 과정에서 내부 에너지가 변하지 않는 까닭을 열역학 제1법칙으로 설명해 보세요.
• 단열 압축 시 기체 온도가 올라가는 까닭을 Q = ΔU + W로 설명해 보세요.
• 기체에 500J의 열을 가하고 기체가 200J의 일을 했다면 내부 에너지는 몇 J 변하나요?

실생활 예시

• 자동차 엔진은 열에너지를 기체 팽창과 피스톤 운동을 통해 일로 바꿉니다.
• 냉장고와 에어컨은 외부에서 일을 받아 열을 이동시키는 장치입니다.
• 자전거 펌프를 빠르게 압축하면 단열 압축에 가까워져 공기가 뜨거워집니다.
• 전자레인지와 전기 주전자는 외부 에너지를 열로 전달해 내부 에너지를 높입니다.

교과서 연계

열역학 제1법칙

피스톤 속 기체, 에너지 막대그래프, P-V 다이어그램을 함께 보며 Q = ΔU + W 관계를 과정별로 비교하세요.

등온 과정: 열이 모두 일로 전환됩니다.

온도가 일정하면 내부 에너지 변화는 0입니다. 따라서 계가 받은 열은 그대로 피스톤을 움직이는 일로 나타납니다.