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열역학은 열과 일의 출입에 따라 나타나는 자연현상의 원리를 탐구하는 학문으로, 자연과학을 다루는 물리학, 화학은 물론 기계공학, 화학공학, 재료공학을 비롯한 공학 전반의 기초 학문일 정도로 매우 중요한 학문 분야입니다. 이에 따라 각 학과의 교육과정에서 필수 또는 핵심 교과목으로 지정하여 교육하고 있습니다. 수학/물리/화학을 공부해야 이들을 기반으로 이루어진 응용 과학 또는 공학 분야 교육과정을 이해할 수 있는 것처럼, 열역학도 과학/공학 분야에서 물리/화학 다음으로 기초를 이루는 매우 중요한 학문입니다. 그러함에도 불구하고 열역학은 처음 배우는 학생에게는 상당히 이해하기가 어려운 교과목으로 느껴지고 있습니다.본 교재는 재료공학을 전공하는 학생들이 어려워하는 열역학을 최대한 이해하기 쉽게 그리고 내용이 체계적으로 연결될 수 있도록 구성함으로써, 처음 배우는 학생이 큰 어려움을 겪지 않고 열역학이라는 커다란 산을 오를 수 있도록 도와줄 목적으로 만들어졌습니다. 이를 위해 재료를 구성하고 있는 물질들의 안정성, 상태 변화, 그리고 화학 반응을 지배하는 근본 원리 등 핵심 개념을 체계적으로 설명하였습니다. 특히 엔트로피의 물리적 의미를 탐구해 봄으로써 자연현상이 어떤 원리로 일어나는지를 이해할 수 있게 합니다. 아울러 자유에너지 개념을 도입하여 특정 조건에서 재료가 어떠한 거동을 하는지를 예측할 수 있게 해주는 원리를 배움으로써, 기체의 거동, 용액의 형성, 상변태, 화학 반응 등 재료에서 관찰되는 다양한 현상을 정량적으로 해석하고 예측할 수 있는 능력을 배양합니다.또한, 이 책은 이상기체·실제기체 모델, 이상용액·정규용액 모델 등 이론적 도구를 소개하고, 이를 화학반응의 평형(Ellingham 도표), 상평형(상태도), 전기화학적 평형(Nernst 방정식, Pourbaix 도표)과 같은 실제 문제에 어떻게 적용하는지 단계적으로 설명합니다. 이를 통해 열역학이 단순한 이론을 넘어 재료 설계, 개발, 공정 제어의 확고한 과학적 기반임을 분명히 알려주고 있습니다. 독자의 학습을 돕기 위해 각 장은 개념 설명과 물리적 해석을 우선하고, 필요한 수식은 맥락과 목적을 분명히 한 뒤 도입합니다. 핵심 정리, 예제, 요약, 개념 점검 문제를 통해 스스로 점검할 수 있도록 구성했습니다.

I. 서론II. 열역학 제 1, 2, 3 법칙III. 상태, 상태변수 그리고 프로세스IV. 기체의 거동IV-1 Boyle-Charles Gas LawIV-2 van der Waals EquationIV-3 Internal Energies of Ideal Gas and Real GasV. 상태 변화 과정과 열용량V-1 Processes of Ideal Gasi) 등체적과정 (Constant Volume Process)ii) 등압과정 (Constant Pressure Process)iii) 단열과정 (Adiabatic Process)iv) 등온과정 (Isothermal Process)V-2 Heat CapacityV-3 Enthalpy, HV-4 Temperature Change during an Adiabatic ProcessVI. 엔트로피의 통계역학적 해석VI-1 Definition of Entropy SVI-2 Statistical Interpretation of EntropyVI-3 Thermal Entropy and Configurational EntropyVI-4 Boltzmann Distribution FunctionVI-5 Proof of lnΩ being proportional to Clausius Entropy SVII. 가역과정과 비가역과정VII-1 Irreversible ProcessVII-2 Entropy of Irreversible ProcessesVIII. 보조함수VIII-1 Geometric RelationsVIII-2 Auxiliary Functions(1) Enthalpy(2) Helmholtz Free Energy(3) Gibbs Free EnergyVIII-3 Differentials of Auxiliary FunctionsVIII-4 Maxwell RelationsVIII-5 Applications of Maxwell Relation using Experimentally determined ParametersIX. 엔탈피와 엔트로피 함수 그리고 Gibbs 자유에너지IX-1 Enthalpy as a function of Temperature under a constant PressureIX-2 Entropy as a function of Temperature under a constant PressureIX-3 Gibbs Free Energy as a function of Temperature under a constant PressureIX-4 Phase Diagram determined from Gibbs Free Energy Change with Temperature and PressureIX-5 Clapeyron EquationIX-6 Clausius-Clapeyron EquationX. 기체의 거동X-1 Temperature Variation by Heat Transfer under constant PressureX-2 Pressure Variation by Work Transfer under constant TemperatureX-3 van der Waals Gas Model describing Real Gas BehaviorXI. 혼합 기체의 거동XI-1 Gibbs Free Energy Variation with Pressure under constant TemperatureXI-2 Mixture of Ideal GasesXI-3 Partial Molar Quantities and their Physical MeaningsXI-4 Chemical Potential as a Partial Molar QuantitiesXI-5 Equilibrium Vapor Pressure of a Component in Condensed SolutionsXI-6 Activity and Activity CoefficientXI-7 Raoult's Law and Henry's LawXI-8 Chemical Potential and ActivityXII. 화학반응 평형XII-1 Reactions involving GasesXII-2 Effect of Temperature on Chemical Reaction EquilibriumXII-3 Reference Pressure and Effect of Total Pressure on Chemical ReactionsXII-4 Reactions involving Pure Condensed Phases and a Gaseous Phase(1) CO/CO2 비율 조절을 이용한 산소분압 조절(2) H2/H2O 비율 조절을 이용한 산소분압 조절XII-5 Reactions involving Condensed Solution Phases and a Gaseous PhaseXIII. 상태도XIII-1 Free Energy Change as a Solute dissolving into a MatrixXIII-2 Gibbs Free Energy of a Binary SystemXIII-3 Ideal SolutionXIII-4 Development of Phase DiagramsXIII-5 Development of Eutectic Phase DiagramsXIII-6 Development of Other Phase DiagramsXIV. 용액모델XIV-1 Non-ideal MixingXIV-2 Regular Solution ModelXV. 전기화학XV-1 Ionization Energy of an ElementXV-2 Equilibrium in Two Phase Systems involving an ElectrolyteXV-3 Equilibrium in an Electrochemical CellXV-4 Standard Hydrogen ElectrodeXV-5 Pourbaix Diagram(1) The Stability of Water(2) Pourbaix Diagram for Copper

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저자 소개 (1명)

저 : 한주환

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- 서울대학교 무기재료공학과 학/석/박사 - 영남대학교 신소재공학부 교수 전공분야 - 세라믹 습식 분말 공정 - 산화물/비산화물 세라믹 소결 - 방열소재/열계면소재 - 이산분석법(Discrete Element Method) - 서울대학교 무기재료공학과 학/석/박사
- 영남대학교 신소재공학부 교수

전공분야
- 세라믹 습식 분말 공정
- 산화물/비산화물 세라믹 소결
- 방열소재/열계면소재
- 이산분석법(Discrete Element Method)

출판사 리뷰

본 도서는 『재료열역학: 처음 배우는 학생을 위한 열역학』이라는 제목으로, 재료열역학을 처음 접하는 학생들을 위해 한주환 저자가 집필했습니다. 열역학은 기계공학과 화학공학을 포함한 공학 전반의 필수적인 기초 학문이며, 본 교재는 이러한 열역학적 원리를 재료 시스템에 특화하여 적용함으로써, 주어진 조건에서 재료 내부에서 일어나는 변화와 그 원리를 이해하는 데 목적을 둡니다.[교재의 핵심 내용 및 구성]* 열역학의 근본 원리 체계적 설명: 본 교재는 에너지 보존(제1법칙), 자발적 과정에서의 엔트로피 증가(제2법칙), 엔트로피의 절대 기준(제3법칙)의 세 가지 경험적 법칙을 기반으로 핵심 개념을 체계적으로 설명합니다.* Gibbs 자유에너지 중심의 예측: 특히 자발적 변화의 방향과 평형을 가늠하는 핵심 상태함수인 Gibbs 자유에너지 G를 통해 기체의 거동, 용액의 형성, 상변태, 화학 반응 등 다양한 재료 현상을 정량적으로 해석하고 예측할 수 있게 합니다.* 응용 분야 및 모델 소개: 이상기체/실제기체 모델, 이상용액/정규용액 모델 등 이론적 도구를 소개하고, 이를 화학반응 평형(Ellingham 도표), 상평형(상태도), 전기화학적 평형(Nernst 방정식, Pourbaix 도표)과 같은 실제 문제에 단계적으로 적용하는 방법을 설명합니다.* 학습 편의를 위한 구조: 독자의 학습을 돕기 위해 각 장은 개념 설명과 물리적 해석을 우선하며, 필요한 수식은 맥락과 목적을 분명히 한 뒤 도입했습니다. 또한, 핵심 정리, 예제, 요약, 그리고 개념 점검 문제를 통해 스스로 학습 내용을 점검할 수 있도록 구성되어 있습니다.* 추가 학습 자료 제공: 강의 노트와 영상 자료는 ‘https://ceramic.yu.ac.kr’에서 제공될 예정입니다.본 교재는 열역학이 단순한 이론을 넘어 재료 설계, 개발, 공정 제어의 확고한 과학적 기반임을 분명히 하며, 재료의 안정성, 상변화, 화학 반응을 지배하는 근본 원리를 중심으로 깊이 있는 이해를 돕습니다.

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