가스산업기사 이론정리(가스열역학, 화씨, 섭씨, 보일-샤를의 법칙, 이상기체 방정식, 돌턴법칙, 르 샤틀리에 법칙, 기체확산속도 법칙)

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가스 열역학 기초

1. 압력

1) 압력 : 단위면적에 수직으로 작용하는 힘

P = F/A = 힘/단위면적

F : 힘(N),  A : 단위면적(㎡)

 

2) 압력의 분류

 (1) 표준대기압 (1atm) : 0℃에서 표준 중력일 때, 760mm 높이 수은주의 압력

 

1atm = 760mmHg = 10.332mH2O = 1.0332kg/㎠ = 1.013bar

= 0.101325Mpa = 101.325kPa = 14.7psi = 14.7 Ib/in^2

 

(2) 절대압력(Absolute Pressure) : 완벽한 진공을 0점으로 두고 측정한 압력

(3) 게이지압력(Gauge Pressure) : 대기압의 기준을 0으로 하여 측정한 압력

 

절대압력 = 대기압 + 게이지압력

절대압력 = 대기압 - 진공압력

절대게

 

2. 온도

1) 섭씨온도(℃) : 1기압에서 물의 어는점을 0℃, 끓는점을 100℃로 100등분한 것

2) 화씨온도(℉) : 1기압에서 물의 어는점을 32℉, 끓는점을 212℉로 180등분한 것

 

화씨온도(℉) : (9/5)*℃+32

 

3) 절대온도

1. 캘빈온도 : K = t℃ + 273  >> ex) 100℃ = 373K
2. 랭킨온도 : R = t℉ + 460 = K*1.8

 

3. 열량

1) 1 kcal : 대기압에서 물 1kg의 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열량

2) 열용량 : 어떤 물질의 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열량

3) 비열 (kcal/kg ℃) : 어떤물질 1kg의 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열량

1. 정압비열 : 일정한 압력의 기체를 측정한 비열
2. 정적비열 : 일정한 체적의 기체를 측정한 비열
3. 비열비(K) : 기체에 적용되며 정적비열에 대한 정압비열의 비로 1보다 큼

4) 현열 : 온도변화만 일으키는 열(상태변화 없음)

 

Q=WC△T

 

5) 잠열 : 상태변화만 일으키는 열(온도변화 없음)

1.  얼음의 융해 잠열 : 79.68kcal/kg
2. 물의 증발 잠열 : 539kcal/kg

 

Q=Wr

 

 현온잠상

 

4. 일

 어떤 물체에 힘을 가했을 때 힘의 방향으로 이동한 거리

 

1) 1Joule : 1N의 힘이 작용하여 1m의 변위에 해당한 일

 

1Joule = 1N*1m

1kgf*m = 1kgm*9.807m/sec^2*1m

= 9.807N*m = 9.807Joule

 

 

5. 열역학법칙

1) 열역학 제 0법칙 : 열평형의 법칙

 

평균온도 = ((G1*C1*t1)+(G2*C2*t2)) / ((G1*C1)+(G2*C2))

 

G1,G2 : 각 물질의 중량(kgf)

C1,C2 : 각 물질의 비열(kcal/kgf*℃), t1,t2 : 각 물질의 온도(℃)

 

2) 열역학 제 1법칙 : 에너지 보존의 법칙

 

Q = A*W          W = J*Q

 

Q : 열량(kcal),  W : 일량(kcal*m)

A : 일의 열당량  ,  J : 열의 일당량

 

3) 열역학 제 2법칙 : 방향성의 법칙

4) 열역학 제 3법칙 : 절대온도 0도(-273℃)를 이룰 수 없다.

 

 

6. 밀도, 비중, 비체적

1) 밀도 : 단위 체적당 차지하는 질량

 

밀도 = m/V

m : 질량(kg),  V : 체적(㎥)

이때 기체의 밀도 = 기체분자량 / 22.4L

 

2) 비중 : 4℃물의 무게와 같은 체적을 갖는 물질의 무게 비

이때, 기체의 비중 = 기체분자량 / 29(공기분자량)

 

3) 비체적 : 22.4 / 분자량 = 1/밀도

 

 

7. 엔탈피

 단위중량당 열에너지

 

I = U+APV

 

I : 엔탈피,  U : 내부에너지 

A : 일의 열당량,  P : 압력,  V : 비체적

 

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가스의 기초 법칙(이상기체 법칙)

 

1. 보일의 법칙 : 일정 온도에서 압력과 부피는 서로 반비례한다.

 

P1V1 = P2V2

 

P1,P2 : 변하기 전,후 압력

V1,V2 : 변하기 전,후 부피

 

2. 샤를 법칙 : 일정 압력에서 부피는 절대온도에 서로 비례한다.

 

V1/T1 = V2/T2

 

T1,T2 : 변하기 전,후 온도

V1,V2 : 변하기 전,후 부피

 

보온샤압

728x90

 

 

3. 보일-샤를의 법칙 : 기체의 부피는 압력과 서로 반비례하고 절대온도와 정비례한다.

 

P1V1/T1 = P2V2/T2

 

4. 이상기체의 성질

1. 보일-샤를의 법칙을 만족한다.
2. 아보가드로의 법칙에 따른다.
3. 내부에너지는 체적에 무관하며, 온도에 의해서만 결정된다.
4. 비열비는 온도에 관계없이 일정하다
5. 기체의 분자력과 크기도 무시되며 분자간의 충돌은 완전 탄성체이다.
6. 줄의 법칙이 성립한다.

5. ★ 아보가드로의 법칙 ★

 STP하에서 모든 기체 1몰(mol)의 부피는 22.4L이다.

 

6. 이상기체 방정식

 

출처 : https://m.blog.naver.com/junhyuk7272/221751239733

 

 

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혼합가스의 성질

 

1. 돌턴의 분압법칙 : 혼합기체가 나타내는 전압은 각 성분기체의 분압의 총합과 같다

 

 

분압 = 전압*(성분기체몰수/전몰수)

 

 

2. 아메가의 분적법칙 : 혼합가스의 전부피는 같은 온도, 같은 압력하에 있는 각 성분기체의 부피의 합과 같다.

 

3. 기체 확산 속도 법칙(그레이엄의 법칙) : 일정한 온도에서 기체의 확산속도는 기체의 분자량(또는 밀도)의 평방근(제곱근)에 반비례한다.

 

U2/U1 = √(M1/M2) = T1/T2

 

U1,U2 : 각 성분기체의 확산속도

M1, M2 : 각 성분기체의 분자량

T1, T2 : 각 성분기체의 확산시간

 

4. 르 샤틀리에 법칙

 어떤 반응에서 평형상태의 조넉(농도, 온도, 압력 등)을 변동시키면 그 변화를 없애는 방향으로 새로운 평형에 도달

이를 이용해서 혼합가스의 폭발한계를 계산

 

출처 : https://sml2756.tistory.com/83