준정적 과정

준정적 과정(準靜的過程, 영어: quasistatic process, quasi-equilibrium process)은 열역학에서 열역학적 평형 상태를 유지할 수 있을 만큼 충분히 천천히 일어나는 열역학 과정이다(라틴어 quasi는 '마치 ~처럼'을 의미한다^[1]). 예를 들어, 수소와 산소 기체 혼합물의 준정적 팽창은 계의 부피가 매우 천천히 변하여 과정 중 어느 순간에도 계 전체에 걸쳐 압력이 균일하게 유지되는 경우이다.^[2] 이러한 이상적인 과정은 무한한 느림으로 특징지어지는 물리적 평형 상태의 연속이다.^[3]

준정적 열역학 과정에서만 전체 과정 중 어느 순간에도 계의 세기 성질(예: 압력, 온도, 비부피, 비엔트로피)을 정확히 정의할 수 있다. 그렇지 않으면 내부 평형이 설정되지 않아 계의 다른 부분이 이 양들에 대해 다른 값을 가지므로 각 양에 대해 하나의 값으로 전체 계를 나타내기에 불충분할 수 있다. 즉, 상태 함수의 변화에 대한 방정식에 P 또는 T가 포함될 때, 이는 준정적 과정을 의미한다.

가역과정과의 관계

모든 가역과정은 준정적이지만, 대부분의 저자는 일반적인 준정적 과정이 계와 주변 환경 사이의 평형을 유지하고 소산을 피하도록 요구하지 않는다.^[4] 이는 가역과정의 정의적 특징이다. 예를 들어, 마찰이 있는 피스톤에 의한 계의 준정적 압축은 비가역적이다. 계는 항상 내부 열 평형 상태에 있지만, 마찰은 소산적 엔트로피의 생성을 보장하며, 이는 가역성의 정의에 어긋난다. 모든 엔지니어는 소산적 엔트로피 생성을 계산할 때 마찰을 포함하는 것을 기억할 것이다.

가역적으로 이상화할 수 없는 준정적 과정의 예는 두 유한하게 다른 온도에 있는 두 물체 사이의 느린 열전달이며, 여기서 열전달 속도는 두 물체 사이의 전도성이 낮은 칸막이에 의해 제어된다. 이 경우, 과정이 아무리 느리게 진행되더라도, 이 복합 계의 열 평형은 두 물체가 같은 온도에 있어야 하므로, 두 물체로 구성된 복합 계의 상태는 평형에서 멀리 떨어져 있다. 그럼에도 불구하고, 각 물체의 엔트로피 변화는 가역 열전달에 대한 클라우지우스 등식을 사용하여 계산할 수 있다.

다양한 준정적 과정에서의 PV 일

 이 부분의 본문은 일 (열역학) 및 이상기체 방정식입니다.

1. 정압: 등압과정, $${\displaystyle W_{1-2}=\int P\,dV=P(V_{2}-V_{1})}$$
2. 정적: 등적과정, $${\displaystyle W_{1-2}=\int PdV=0}$$
3. 등온: 등온과정, $${\displaystyle W_{1-2}=\int P\,dV,}$$ 여기서 P(압력)는 ${\displaystyle PV=P_{1}V_{1}=C}$를 통해 V(부피)에 따라 달라지므로, $${\displaystyle W_{1-2}=P_{1}V_{1}\ln {\frac {V_{2}}{V_{1}}}}$$
4. 다방과정, $${\displaystyle W_{1-2}={\frac {P_{1}V_{1}-P_{2}V_{2}}{n-1}}}$$

같이 보기

• 엔트로피
• 가역과정