운동에너지와 상태변화, 입자 사이의 거리의 관계가 궁금합니다

Question

운동에너지와 상태변화, 입자 사이의 거리의 관계가 궁금합니다 입자 사이의 거리를 변화시킬수 있는게 에너지가 아니라 척력 또는 인력인가요?

다른에너지 필요없이 외부 환경을 바꿔 냉각을 할때는 변환 전 상태가 변환 후 상태보다 운동에너지가 상대적으로 높은 상태이기 때문에 에너지를 열의 형태로 방출하며 운동에너지가 더 낮은 상태로 바뀌는 응고,액화,승화(기체에서 고체로)의 과정인건가요? 응고,액화,승화가 냉각이 필요한게 아니라 냉각을 할때의 과정을 응고,액화,승화라고 말하는건가요?

가열을 할때는 변환 전 상태가 변환 후 상태보다 운동에너지가 상대적으로 낮은 상태이기 때문에 열에너지를 흡수하여 운동에너지가 더 높은 상태로 바뀌는 융해,기화,승화(고체에서 기체로)의 과정인건가요? 마찬가지로 융해,기화,승화가 가열이 필요한게 아니라 가열을 할때의 과정을 융해,기화,승화라고 말하는건가요?

그러면 상태변화에서 어떻게 온도(운동에너지)가 바뀌지 않는건가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

입자 사이의 거리를 직접 변화시키는 주체는 입자 간에 작용하는 인력이며, 이 인력에 거슬러 거리를 넓히거나 줄이도록 만드는 원동력이 에너지입니다. ​운동에너지, 상태변화, 입자 간 거리, 그리고 온도의 관계에 대해 설명해 드릴게요.

입자 사이에는 서로 끌어당기는 인력이 작용하고 있습니다. ​입자 간 거리를 벌리려면 입자들을 붙잡고 있는 인력을 이겨내고 일을 해주어야 하는데, 이때 공급되는 것이 열에너지입니다. ​즉, 에너지가 입자 간 인력을 끊어내는 일을 수행하여 입자 사이의 거리를 넓히는 것입니다.

가열,냉각과 상태변화 과정의 관계에서 질문자님께서 말씀하신 내용이 맞습니다. 상태변화 용어는 현상 그 자체를 뜻하며, 가열과 냉각은 이 현상을 유발하는 외부와의 에너지 교환 과정입니다. 가열 과정은 융해, 기화, 승화(고체에서 기체)로 ​외부에서 열에너지를 흡수하여 입자 간 인력을 끊고 거리를 벌리는 과정입니다. 냉각 과정은 응고, 액화, 승화(기체에서 고체)로 ​입자들이 가까워지면서 결합할 때, 가지고 있던 에너지를 외부로 방출하는 과정입니다.

마지막으로 상태변화 동안 온도가 변하지 않는 이유는 상태변화가 없을 때는 ​가열해 준 열에너지가 입자들의 움직임을 빠르게 만드는 데 사용되어 ​운동에너지가 증가하므로 온도가 상승하지만, 상태변화가 일어날 때

공급된 열에너지가 입자의 속도를 높이는 데 쓰이지 않고, 입자 사이의 인력을 끊어내어 거리를 벌리는 데 100% 사용되기 때문에 ​입자의 평균 속도는 변하지 않으므로 온도는 일정하게 유지됩니다.