열역학이란.. 열역학의 4가지 법칙들.

우리는 살면서 매일매일 에너지를 사용한다. 모든 일에는 그 일을 가능하게끔 하는 에너지가 필요하다.

예를 들어볼까.

스마트폰을 충전하기 위해, 충전기를 스마트폰과 플러그에 꽂아 연결한다. 그러기 위해선 전기에너지가 필요하다. 

그리고 이 전기는 발전소에서 만들어진다.

발전소에는 수력, 풍력, 태양열, 원자력 등 여러가지 종류가 있는데 예를 들어 수력발전소는 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흘러내려가는, 떨어지며 생기는 에너지(위치에너지->운동 에너지)를 이용해 전기를 만든다.

그리고 물질들이 에너지를 이용해 반응하는 과정에서 열이 생기거나 흡수된다. 열이 생기거나 흡수되면? 주변 온도가 더 뜨거워지거나 차가워지겠지. 

이전 포스팅에서 다뤘듯, 물질들은 눈에 보이지 않는 작은 원자들로 이루어져있고, 이 원자들은 자기들끼리 결합하여 있다. 이 결합된 원자들이 분리되기 위해선 그 결합된 정도를 넘어서는 에너지가 필요하다. 필요하다는 말은 그 물질 바깥세상에서 에너지를 끌어와 그 물질이 소비한다는 말.

 반대로, 분리되어 떨어져있는 원자들이 결합될 땐 에너지를 바깥으로 방출한다. 방출된 에너지는 열에너지.

열역학은 열과 일의 관계에 대한 학문이다. 열은 곧 에너지로 생각할 수 있다.. 수 많은 에너지 종류중 열에너지가 에너지를 대표하게 된 것.. 왜냐, 측정하기 쉽기 때문이 아닐까.. 우리가 직접 느낄 수도 있고.

 망치를 두들기기 위해선 망치를 두들기는 힘이 필요하다. 이 힘은, 우리가 음식물(화학에너지)을 먹고 소화하고 호흡하며 이를 ATP라는 생체에너지로 바꾸고.. 하는 데서 나온다. 사람은 밥심으로 산다. 라는 말도 여기서 나왔겠지~  그리고 망치로 못을 계속 두들기다 보면, 이상하게 못이 뜨거워진다. 결국 화학에너지가 생체에너지, 그리고 운동에너지로 바뀌고 이것은 또 못에 전달되어 열에너지로 바뀌어 나타난것.

많은 에너지 종류 중 하나인 열에너지..는 물질을 구성하는 원자, 분자간의 매우 작은 미시적 세계에서 일어나는, 

예견하기 어려운 일들을 거시적세계에서 바라볼 수 있게 함으로써 결국 미시세계-거시세계를 연결시킨다.

<열역학의 4가지법칙>

열역학 제 1법칙-  에너지 보존법칙. 

에너지는 형태가 변할 수 있을 뿐 새로 만들어지거나 없어질 수 없다. 

우주의 에너지 총량은 시간이 시작된 때로부터 종말에 이르기까지 일정하게 고정되어 있다. 

예컨대 일정량의 열을 일로 바꾸었을 때 그 열은 소멸된 것이 아니라 다른 장소로 이동하였거나 다른 형태의 에너지로 바뀌었을 뿐이다. 

출처:http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=941017&cid=47338&categoryId=47338

열역학 제 2법칙- 엔트로피 증가의 법칙.

에너지 전달에는 방향이 있다. (열역학 제1법칙은 에너지의 방향은 설명하지 않고 '양'만 설명한다..)

고립계에서 총 엔트로피(무질서도)의 변화는 항상 증가하거나 일정하며 절대로 감소하지 않는다. 

 

- 열은 고온의 물체에서 저온의 물체 쪽으로 흘러가고 스스로 저온에서 고온으로 흐르지 않는다(클라우지우스).

- 일정한 온도의 물체로부터 열을 빼앗아 이것을 모두 일로 바꾸는 순환 과정(장치)은 존재하지 않는다(켈빈-플랑크).

열역학 제 3법칙- 절대 0도(0K)에 도달할 수 없다.

절대영도 0K에서는 모든 입자들이 운동 에너지가 0이 되고, 엔트로피도 0이 된다.

그러나! 0K에 도달하는 것은 불가능하다. -> 엔트로피가 0이 되는 것도 불가능.

열역학 제 0법칙- 열평형 

어떤 계(A)와 접촉하여 열역학적 평형을 이루고 있는 두 계(B, C)는 열역학적 평형을 이룬다.  즉, A=B, A=C이면 B=C.

열역학 1,2법칙들보다 늦게 세워진 법칙이나, 논리적으로 앞서기에 0법칙이라고 부른다,,