공조냉동기계기사 일이 있는 몇 가지 시스템 — 전력량·P-V 일·경로 함수

전기 기구가 쓰는 에너지는 전력에 시간을 곱해 구한다. 14.33W 전등을 하루 7시간씩 30일 쓰면 시간은 210시간, 초로는 756,000초다. 14.33×756,000은 약 1.083×10⁷J이고, 1000으로 나누면 약 10,830kJ이다. W×s가 J이므로 초로 바꾸는 과정을 빠뜨리면 안 된다.

P-V 선도에서 일은 압력선 아래의 면적이다. 과정이 직선이면 사다리꼴 넓이로 계산한다. 압력이 200kPa에서 100kPa로, 체적이 0.1m³에서 0.3m³로 변하면 (200+100)÷2×0.2로 30kJ이다. 압력을 bar로 주어도 2bar는 200kPa로 바꾸어 같은 방식으로 푼다.

관계식이 곡선이면 적분한다. P=(5-15V)kPa에서 체적이 0.1m³에서 0.3m³로 변할 때 일은 5V-7.5V²을 두 한계에서 뺀 값이다. 0.825-0.425=0.4kPa·m³이고, 이는 0.4kJ 곧 400J이다. kPa·m³와 kJ가 같은 단위라는 점을 이용한다.

압력이 일정한 과정에서는 일이 압력×체적 변화량이다. 100kPa에서 체적이 0.1m³에서 0.5m³로 늘면 100×0.4로 40kJ다.

열과 일은 상태량이 아니라 경로 함수다. 처음과 끝 상태가 같아도 거치는 과정이 다르면 열과 일의 크기는 달라진다. 다만 한 사이클을 돌면 내부에너지 변화가 0이므로 순열량과 순일량은 같아진다.

에너지 전달이 일인지 열인지도 구분한다. 소성 변형, 전류 통과, 자기장을 가하는 것은 일이고, 빛을 쬐어 데우는 복사는 열이다. 복사는 열전달의 한 방식이므로 열역학에서 열로 다룬다.

가열하면 분자의 운동이 활발해져 내부에너지가 늘어난다. 감자를 가열하는 경우에도 위치에너지나 거시적 운동에너지가 아니라 내부에너지가 변한다.

전열기로 물을 끓이는 시간은 필요한 열량을 초당 공급 열량으로 나눈다. 물 1L를 20℃에서 100℃까지 올리는 데 1×1×80=80kcal가 필요하고, 1kW는 초당 약 0.239kcal이므로 80÷0.239로 약 335초다.