열역학 제2법칙에 관한 레포트

소개글

열역학 제 2법칙을 설명하고 우리 주변에서 일어나는 일들과 연관시켜 작성한 레포트입니다

목차

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본문내용

목욕을 하기 위해 욕조에 물을 받아놓았다고 하자. 잠이 잘 오지 않아서 전신 욕을 위해 따뜻한 물을 받아놓았다. 욕탕에 막 들어가려는 찰나에, 가족 중의 한명이 지금 TV에서 재미있는 내용이 방송되고 있다고 부른다. 그 말에 솔깃해져 욕실에 들어가려다 말고 거실 TV 앞의 쇼파에 앉는다. 가족과 함께 웃으면서, TV를 보면서 30분이 지나고 금세 1시간이 지난다. 뒤늦게 욕조에 물을 받아 놓은 사실을 기억하고 얼른 욕실로 뛰어간다. 어느 정도 예상은 하고 있었지만 생각보다 많이 차가워진 물에 속상해한다.
위의 두 가지 예에서 공통점을 무엇일까? 열의 이동이 있었다는 것이 공통점이겠지만 조금 더 자세히 얘기하면, 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 열 이동이 일어난다는 것이다. 즉 방향성이 있다는 것을 뜻한다. 첫 번째 예에서 주변의 뜨거운 공기의 열이, 실내의 보다 찬 공기로 열이 이동을 하지, 그 반대는 일어나지 않는다. 즉, 실내공기의 열이 바깥으로 이동되어서 실내는 더욱 기온이 내려가고, 실외의 기온은 올라가는 일은 절대로 일어나지 않는다. 마찬가지로 두 번째의 상황에서, 욕조의 물 온도는 열을 빼앗겨서 차가워지는 경우는 있어도, 주위 공기의 열이 욕조의 물로 이동해서 물이 따뜻해지는 경우는 있을 수 없다. 열역학 제 2법칙은 이러한 상황을 말해준다.
일반적으로 열역학 제2 법칙이라 함은 ‘열은, 뜨거운 물체에서 차가운 물체로 아무런 도움 없이 흐르지만, 차가운 것에서 뜨거운 것으로는 어떤 도움 없이는 흐르지 못한다’ 라고 말할 수 있다. 즉, 열의 이동에는 방향이 있다는 것을 의미하며, 비가역적이라는 것을 뜻한다. (외부의 일이나 에너지 출입이 없다는 가정하에) 위에서 말한 제 2법칙에 대한 진술 외에도 다른 학자들이 내린 정의가 있는데, 두 가지 진술을 덧붙이면 다음과 같다. 위의 진술은 Kelvin이 한 말이며, Clausius는 ‘열전달이 차가운 것에서 뜨거운 것으로 흐르는 장치나 시스템은 없다’ 고 했고, Planck는 ‘모든 열원이 모두 일로 변환되는 엔진은 만들 수 없다’ 라고 했다. 모두 열은 일정하게 한 방향으로 흐른다는 것을 말한다. 그런데, 이상한 점이 있다. 맨 위에서 말한 열역학 제 2법칙의 정의와, 플랑크가 말한 100 %의 효율을 가지는 엔진을 만들 수 없다는 것이 무슨 상관이 있을까? 열이 뜨거운 것에서부터 차가운 것에서 흐른다는 말이 에너지의 ‘질’의 감소된다는 의미도 포함되기 때문이다. 즉 효용성이 감소된다는 뜻이 포함되어있다.

참고 자료

Keith Sherwin and Michael Horsley(1996), Thermofluids, Chapman & Hall,
pp. 309~320.