1.1.3 엔탈피와 엔트로피 [원자력기사]

1.1.3    엔탈피와 엔트로피

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1) 엔탈피

 

엔탈피(Enthalpy)는 열역학을 표현하는 함수의 하나로써, 1875년 미국의 과학자 깁스(Josiah Willard Gibbs, 1839-1903)가 '일정한 압력에서의 열함수'라는 뜻으로 처음 사용한 것으로 알려져 있다. 

그러나 J. P. 돌턴(J. P. Dalton)의 논문에 따르면, 엔트로피는 네덜란드의 오네스(Heike Kamerlingh Onnes, 1853-1926)가 처음 사용했다고 한다. 

그리고 1922년 포터(Alfred W. Porter)가 처음으로 엔탈피를 H로 표기했다.

 

엔탈피는 일정한 압력 아래에서 계(System)가 얻거나 잃은 에너지를 말한다. 

예를 들어, 어떤 계의 엔탈피변화량(△H)이 -10kJ 이라고 한다면, 그림 1.1.3-1과 같이 일정한 압력에서 계에서 10kJ의 열에너지가 방출(발열반응)되었다고 할 수 있다. 

반대로 어떤 계의 엔탈피변화량(△H)이 +10kJ 이라고 한다면, 그림 1.1.3-2와 같이 일정한 압력에서 계에서 10kJ의 열에너지가 흡수(흡열반응)되었다고 할 수 있다. 

이때 엔탈피 변화를 “열”이라고 부르기도 한다. 즉, 엔탈피의 변화는 열에 의한 변화를 말한다.

그림 1.1.3-1 엔탈피 감소

그림 1.1.3-2 엔탈피 증가

 

엔탈피(H)는 식 1.1.3-1과 같이 정의된다.

 

H = U + (p × V)          (식 1.1.3-1)

 

이때 U는 내부에너지, p는 계 내부의 압력 그리고 V는 계의 부피이다. 

이때, p×V는 사실상 일(W)을 의미한다. 왜냐하면, 압력(P)의 단위는 N/m2이고, 부파(V)의 단위는 m3이다. 이 두 단위를 곱하면 다음과 같다.

 

P × V = N/m2 × m3 = N × m = J         (식 1.1.3-2)

 

따라서 어떠한 계의 엔탈피의 총합은 내부에너지와 일에 의한 에너지의 합이다.

 

2) 엔트로피

 

엔트로피는 1.1.1절에서 열역학 제2법칙을 설명하며 무질서도를 의미한다고 설명한 바 있다. 

예를 들어 마찰로 발생하는 열에너지는 발생하면서 흘어지지만, 그 열에너지들이 스스로 마찰하여 물체의 운동에너지나 내부에너지 형태로 변환되지는 않는다.

 

엔트로피와 엔탈피를 이해하기 쉽도록 간단히 비교하면, 엔탈피는 단위물질이 가지고 있는 고유의 에너지양을 말하며 엔트로피는 무질서도를 의미한다.