엔트로피와 열역학 제2법칙

목차

1. 가역과정과 비가역과정
2. 엔트로피의 변화
3. 열역학 제2법칙
4. 엔트로피와 힘
5. Carnot기관
6. Carnot 기관의 효율
7. Stirling기관
8. 냉동기
9. 영구냉동기
10. 실제 기관의 효율
11. 확률과 엔트로피

본문내용

1. 가역과정과 비가역과정
가역과정이란 원래 상태로 쉽게 되돌아올 수 있는 일련의 과정을 말하며 비가역과정이란 원래 상태로 되돌아올 수 없는 과정을 말한다. 예를 들어보자. 계란 후라이를 할 때 열을 가하면 먹음직스러운 달걀 요리가 만들어진다. 하지만, 뜨끈뜨끈한 계란 후라이를 냉각시킨다고 해서 원래 상태의 달걀로 되돌아오지는 않는다. 우리는 이러한 과정을 비가역 반응이라고 한다. 반대로, 정해진 틀 안에 꽉 채워진 초콜릿을 가열하여 녹인 후, 다시 냉각하면 원래 모양의 고체 초콜릿이 만들어진다. 우리는 이 과정을 가역 반응이라고 한다. 대체로 일상에서 이루어지는 일련의 과정들은 비가역과정이며 이러한 비가역과정의 한쪽 방향성은 우리에겐 지극히 상식적인 것들이다. 가령 주전자에 물을 담은 후 가열한 다음 식탁에 놓아두면 주전자와 그 속에 들어있는 물은 천천히 식는다. 우리는 주전자와 주전자 속에 들어 있는 물이 식는 과정을 닫힌계 안에서 생각해본다면, 주전자로부터 퍼진 총 열에너지의 양은 일정하지만, 이미 주변으로 퍼진 열에너지는 다시 주전자로 모이지 않는다. 이때 총 열에너지는 보존됨을 알 수 있으며 닫힌계 안에서의 무질서도(엔트로피)는 증가한다.

5. Carnot기관
기관은 주위에서 열에너지를 끄집어내어 일을 수행하는 장치이다. 이때 모든 열기관의 핵심은 작동물질이다. 이를테면, 증기기관의 경우 증기나 액체 형태의 물이 작동물질이다. 자동차의 경우, 휘발유와 공기의 혼합물이 작동물질이다. 이러한 열기관이 지속해서 일하려면 작동물질이 순환이 작동되어야 한다. 다시 말해, 작동물질은 각 상태가 반복되는 순환과정이라 불리는 열역학적 과정을 거쳐야 한다. 사실상 이상기체는 존재하지 않지만, 기체의 밀도가 적당히 낮으면 실제 기체 또한 이상기체와 비슷하게 운동하기 때문에 이상기체를 작동물질로 하는 이상 기관의 작동특성을 분석하는 것은 실제 기관을 이해하는 데 많은 도움을 준다.

참고 자료

없음