이번 포스트는 열역학 3법칙에 대해서 기술할 겁니다. 이제 이것을 마지막으로 열역학 파트가 끝나게 됩니다. 마지막 단원이라서 그런지, 간결하고 짧습니다.Intro먼저 절대 영도에 대해서 간략하게 언급을 해보겠습니다. 절대 영도는 인류가 절대 도달할 수 없는 온도입니다. 열역학적으로는, 모든 입자가 "바닥 상태"에 있는 온도이죠. 왜 도달하지 못할까요?열역학 제2법칙에 대한 클라우지우스의 서술에 따르면, 일을 투입하지 않고 열이 반대로(고열원->저열원)으로 흐르게 하는 것은 불가능하다고 하였습니다. 그러면 충분히 많은 일을 해주면 계속 열의 흐름을 역으로 이용할 수 있을 것이고, 따라서 0K에 도달할 수 있지 않을까요? 먼저, 계의 엔트로피에 대해서 생각해봅시다. 지금껏 엔트로피를 많이 언급했지만, 이것을..

오늘은 열역학을 일상의 다양한 현상에 적용해 보도록 하겠습니다. 지금까지 다룬 열역학에서의 메인 디쉬는 이상 기체(ideal gas)였습니다. 그러나, 물리학은 하나의 이론으로써 다양한 자연의 현상들을 설명하는 학문입니다. 따라서, 기체를 제외한 나머지 상(phase)에 대해서도 열역학 법칙이 적용되어야 합니다.따라서, 이번 포스트에서 언급하게 될 중요한 주제들은 탄성 막대(elastic rod), 거품(bubble), 그리고 자석(magnet)입니다. 언뜻 보면 열역학과는 거리가 멀 것 같은데, 어떠한 내용인지 한 번 알아보도록 하겠습니다.개요먼저, 우리는 기본적으로 열역학 제1법칙을 적용할 수 있습니다. 쉽게 말해서 에너지 보존 법칙, 사라지지 않고 형태가 바뀐다는 의미를 담고 있는 가장 근본적인 법..

개요이번 파트 내용은 굉장히 중요합니다. 추후에 작성할 내용들에서도 자주 언급되고 열역학을 지배하는 항등식을 유도하는 것이기 때문에 중요하게 취급됩니다. 따라서 다른 내용을 공부하고 싶으시다면 꼭 정독하시길 추천드립니다.오늘의 포스트는, 4가지의 열역학 퍼텐셜에 대해서 알아보는 것입니다. 지금까지 우리는 열역학의 상태함수로써 U(내부에너지; internal energy)만을 다루었는데요, 그 외에 3가지의 상태함수를 생각할 수 있습니다.이렇게 다양한 '열역학 퍼텐셜(thermodynamic potential)'이 있는 이유는, 각 퍼텐셜이 특정 조건마다 이용되기 편리한 형태로 작용하기 때문입니다. 먼저, 열역학 퍼텐셜 3가지를 추가로 배우고, 그것들이 어떻게 작용할 수 있는지에 대해서 알아보도록 합시다...

이전 포스트에서 Maxwell의 악마에 대해서 언급했었습니다. 그러면서 열역학적인 엔트로피로 해결되지 않는 문제가 '정보'라는 개념에 의해서 정리된다고 이야기를 했었죠.오늘은 정보가 무엇인지, 그리고 정보의 엔트로피가 어떻게 해석되는지에 대해서 알아보도록 하겠습니다.정보와 Shannon의 엔트로피(information and Shannon's entropy)먼저 정보가 무엇인지 논해보도록 하겠습니다. 정보의 사전적 정의는 관찰이나 측정을 통해서 주어진 문제를 해결하거나 판단할 수 있도록 정리된 지식이나 자료입니다. 이것은 너무 친숙한 개념이어서 쉽게 이해할 수 있습니다. 그러면 '정보가 많이 담겨있다'는 이야기를 수치적이고 정량적으로 나타내려면 어떻게 해야할까요?그 부분에 답을 하기 위해서, 다음과 같은..

오늘은 본격적으로 엔트로피의 정의에 대해서 알아봅시다. 제가 개인적으로 어릴 때 흥미를 가지던 파트여서 공부하면서 더 신이 나는 부분이었습니다.(다들 물리 좋아하면 엔트로피 이야기에 관심 가지는 거 아니었나요..어라라)엔트로피도 내용이 상당히 길기 때문에, 두 부분으로 나누어서 포스트를 게시하도록 하겠습니다. 그러면 이제 지체 없이 바로 시작해 보죠!엔트로피의 정의(definition of entropy)13장에서 클라우지우스 정리를 마지막으로 끝을 맺었습니다. 하지만 새로운 개념은 이제 여기서 시작입니다. 엔트로피라는 개념이 너무 유명해서 일반인들도 보통 "무질서도"라는 개념으로 받아들이고 있지만, 우리는 열역학적으로 정의를 할 겁니다. 클라우지우스 정리에 따르면 가역 기관(reversible engi..

이제 IV부가 끝났습니다. 이젠 열역학 제 2 법칙과 엔트로피를 향해 달려갈 차례입니다. 오늘은 제 2 법칙에 대한 표현을 알아보고, 그것을 가장 잘 응용할 수 있는 열 기관에 대해서 알아보도록 합시다.이번 챕터는 글의 양이 조금 많습니다. 그래서 마지막인 클라지우스 정리는 다음 포스트에서 언급을 하면서 마무리 짓도록 하겠습니다. 천천히 보면서 공부하세요.열역학 제 2 법칙(the 2nd law of thermodynamics)열역학 제 2 법칙(the 2nd law of thermodynamics)는, 계가 열평형(thermal equilibrium)에 이르는 동안 발생하는 열 흐름의 방향을 제시하는 법칙입니다. 우리는 지금까지 열 방정식이나 열 유속 같은 개념을 다루면서 "열은 뜨거운 곳에서 차가운 ..

이전 절에서 에너지에 대한 가장 기초적인 법칙인 "열역학 제 1 법칙"을 언급하면서, 그에 관련된 개념들을 소개했습니다. 또한 내부에너지/열/일 사이에 대한 관계식을 유도해보았는데요. 오늘은 이 관계식을 이용하여 열역학적인 프로세스에 대해서 설명을 해보려고 합니다. 오늘의 주인공은 등온과정과 단열과정입니다.가역성(reversibility)과학에서 "가역적이다"는 것은 어떤 사건이 일어나도 다시 초기 상태로 완벽하게 돌아올 수 있는 것을 의미합니다. 반대로 비가역은 한 쪽 방향으로만 사건이 일어나고, 그 반대로는 일어나지 않는 것을 의미하죠.우리가 흔히 알고 있는 뉴턴 역학(고전역학)의 방정식 F = ma는 '시간 반전 대칭성(time reversal symmetry)'을 가지고 있습니다. 운동 방정식을 ..

이제 의 IV부에 도달했습니다. 이전까지는 운동론(kinetics)에 대해서 다루었다면, 이번 포스트부터는 고전 열역학(classic thermodynamics)을 시작한다고 보면 됩니다. 이번 장에서는 열역학 제 1 법칙(the 1st law of thermodynamics)에 대해서 다루기 전에 기본적인 개념들을 소개할 것입니다.몇 가지 정의(some definitions)열역학에서는 우리가 연구를 하기 위해 선택한 공간의 일부분을 계(system)라고 합니다. 그리고 계의 근처에 존재하는 모든 것들을 주위(surroundings) 혹은 주변 환경이라고 하죠. 이것들은 아마 고등학교 화학에서 이미 언급했던 내용들입니다.여기서 측정 가능한(observable) 계의 거시적인 물리량이 시간이 흐름에도 불..

개요이번 포스트는 10장, 입니다. 열 방정식은 열이 공간 상에서 시간에 따라 어떻게 퍼지는지를 보여주는 식입니다. 이것의 유도와 적용을 다루게 될텐데요, 내용이 꽤 길기 때문에, (1)가 (2) 두 부분으로 나누어서 정리를 하도록 하겠습니다. 오늘 내용을 이해하기 위한 기초적인 지식은, 푸리에 해석과 미분방정식입니다. 이 둘을 모른다면 수학적인 이해에서 어려움이 있을 수 있으니 참고 바랍니다.포스트를 작성하기 전에, 오늘 단원에 대한 간단한 여담을 이야기하려고 합니다. 제가 참고하고 있는 Stephen J. Blundell, 에서는 이번 장을 열 확산 방정식(thermal-diffusion equation)이라고 표현했습니다. 이것은 이따가 아래에서 확인해 볼 수 있지만, 확산 방정식과 형태가 같기 때..

개요우리가 보통 부르는 유체(fluid)라는 것들은 쉽게 생각해서, 흐를 수 있는 상을 가지는 물질들의 총칭입니다. 일반적인 기체와 액체가 그러한 성질을 가집니다. 흐르는 물질을 매우 작은 하나의 점들의 집합체로 생각하면 연속체가 됩니다. 이러한 경우 흐르면서 입자 간 여러 물리량들을 전달해줄 수 있게 되는데요, 그렇게 전달할 수 있는 물리량들을 크게 3가지로 나눌 수 있게 됩니다.점성(viscosity), 열 전도(thermal conductivity), 확산(diffusion)이 그 경우입니다. 각각의 경우들은 수송하는 물리량들이 다 다릅니다. 점성은 운동량 수송(momentum transport)의 결과이고, 열 전도는 열 수송(heat transport), 확산은 물질 수송(matter trans..