열역학 분야는 계(system)에서 일어나는 현상을 다룹니다. 계란, 열역학에서 우리가 관심을 가지는 대상으로 물질과 에너지(energy)를 포괄하는 공간인데요. 계는 개방계와 밀폐계, 고립계로 구분되며 각각 특징이 있습니다.
개방계, 밀폐계, 그리고 고립계
∇ 개방계(open system)는 열린계 또는 유동계(flow system)라고도 합니다. 계의 경계를 통해서 질량(물질)과 에너지가 모두 이동이 가능합니다. 그리고 개방계는 Control Volume System인데요. 공간(Volume)을 관심 대상으로 보고 있으니, 질량과 에너지의 출입에 제한이 없습니다. 대표적인 개방계로는 펌프와 터빈이 있는데요. 물질이 흘러가는 동시에 일이나 열이라는 형태로 에너지가 출입하는 기계이기 때문입니다.
∇ 밀폐계(closed system)는 닫힌계 또는 비유동계(nonflow system)라고도 합니다. 계의 경계를 통해서 에너지만 이동이 가능합니다. 밀폐된 계이기 때문에 질량의 유동은 없습니다. 밀폐계는 Control Mass System 인데요. 관심 대상인 질량(mass)이 고정되어 있어 질량은 계의 경계를 넘을 수 없습니다. 대표적인 예로는 내연기관(자동차)의 실린더를 들 수 있습니다. 실린더 안에 연료와 공기가 혼합된 상태로 갇혀 있을 때, 열과 일의 형태로 에너지가 출입합니다.
∇ 고립계(Isolated system)는 절연계라고도 합니다. 열린계, 닫힌계와는 달리 물질(질량)도, 에너지도 이동이 불가합니다. 계의 경계를 통해서 물질과 에너지의 이동이 없는 대상으로, 계의 주위와 상호 작용이 없습니다. 때문에 질량과 에너지는 고립계 내에서만 순환하게 됩니다. 이에 고립계에서는 계의 질량과 에너지의 총합이 항상 일정합니다.
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아래와 같이 표나 그림으로 이해하면 더 쉽습니다.
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