열역학

열 역 학     열역학(thermodynamics)은 열(thermo)과 동력(dynamics)의 합성어 열과 일의 관계를 바탕으로 열 현상을 포함해서 자연계 안에서 에너지의 흐름을 설명 산업혁명 시기에는 열을 이용하여 일을 하는 다양한 기계들이 개발되었는데 열을 이용해서 일하는 기계를 만들기는 했지만 그 원리에 대해서 정확하게 규정할 수 있는 과학적 이론이 없었다. 이전의 과학자들은 열을 화학 작용이라 생각했지만, 연구를 하다가 보니 열도 일종의 에너지라는 사실을 밝혀냈고, 연구한 끝에 열에 대해 나온 이론들을 체계적으로 정리한 것이 바로 열역학 제1법칙과 2법칙이다. ■ 열역학 제1법칙 : 에너지 보존의 법칙 E (내부 에너지) = Q (계에 더해진 열) - W (계가 외부에 해준 일) 어떤 계 안에서의 에너지는 형태만 바뀔뿐, 그 에너지의 총량은 일정하다. 에너지는 우리가 사용불가능 한 상태가 될 수는 있어도, 그 양은 줄지 않으므로 에너지의 총량은 항상 일정하다. 에너지는 새로 창조되거나 소멸될 수 없고 단지 한 형태로부터 다른 형태로 변환될 뿐 ■ 열역학 제2법칙 : 열은 높은 온도에서 낮은 온도로만 흐른다.                          [엔트로피 (증가) 법칙, 에너지 방향성의 법칙] 열은 뜨거운 물체에서 차가운 물체로 이동하며, 그 반대 과정은 스스로 일어날 수 없다. 즉, 어떤 고립계 안의 에너지 흐름은 항상 한 방향으로 흐르며, 그 에너지 흐름을 바꾸기 위해서는 일을 해줘야 한다. 엔트로피는 확률적인 의미를 지니는 개념이다. 확률이 높은 상태가 낮은 상태에 비해 엔트로피가 크다고 할 수 있으며, 물질의 변화는 확률이 높아지는 상태, 즉 엔트로피가 커지는 방향으로 일어난다. 엔트로피(무질서도) 증가 : 에너지가 쓸모없는 형태로 바뀐다 (=사용 가능한 에너지 감소) [물과 잉크가 구분]  태초의 우주 (저엔트로피) 우리가 알고 있는 정보가 많기 때문에 이 상황을 엔트로피가 낮은 상태 [물과 잉크가 섞이기 시작]  빅뱅 후 현재우주 (고엔트로피) 정보가 복잡해서 그 만큼 정보가 부족하기 때문에 이 상황을 엔트로피가 높은 상태 (퍼져있던 잉크가 다시 자연적으로 모아지는 그런 현상은 우주에서 일어나지 않음) 열의 성질을 설명하기 위해 도입된 엔트로피는 이제 자연에서 일어나는 변화의 방향을 제시하는 중요한 물리량이 되었다. 엔트로피의 등장으로 시간의 흐름에도 새로운 의미를 더할 수 있게 되었다. 우주의 엔트로피는 시간이 흐를수록 증가한다. 따라서 우주 전체의 엔트로피는 과거보다 현재가 더 크다. 자연은 계속 섞여서 확률이 높은 상태로 변해가려고 한다. 하지만 인간은 끊임없이 질서를 만들어내기 위해 노력하고 있다. 복잡한 구조물을 만들어내고, 교육을 통해 인간의 행동을 통일시키고 조직화 하려고 한다. 이것들은 모두 엔트로피를 증가시키려는 자연에서 일어나는 변화와 반대 방향이다. 하지만 인간도 자연의 일부이므로 엔트로피 증가의 법칙에서 예외일 수 없다. 따라서 어떤 부분의 엔트로피를 감소시키면 다른 부분에서 그 보다 더 많은 양의 엔트로피를 증가시켜야만 한다. 인간은 매년 더 많은 에너지를 사용하고 있다. 에너지를 사용할 때마다 엔트로피는 항상 증가한다. 더 많은 에너지를 사용한다는 것은 더 많은 엔트로피가 증가하고 있다는 것이다. 우리가 문명을 향유하면 할수록 우리 주위의 자연은 더 많은 대가를 치르고 있는 것이다. (출처: 네이버캐스트, 엔트로피는 증가한다-인간을 위해 자연이 치르는 대가, 수원대 물리학과 교수 곽영직) ■ 열역학 제3법칙 : 절대 0도의 법칙, 절대 0도(0K=-273.15℃)에 도달할 수 없다. 모든 분자가 절대 영도에서 그 운동이 정지되며 그 이하의 온도는 존재하지 않으므로 이를 절대 0도라 한다. (절대 영도에서 계의 엔트로피는 0) ■ 열역학 제0법칙 : 열평형에 대한 서술 이 법칙은 열역학 제1법칙, 제2법칙이 발견된 후 발견되었만 논리적으로 앞서기 때문에 열역학 제0법칙이라 한다. 물체 A와 B가 다른 물체 C와 각각 열평형을 이루었다면 A와 B도 열평형을 이룬다.      Posted by o자세o (pose687)