[열역학]4장. 열역학 제 2법칙( 엔트로피, 카르노사이클)

열역학 제 2법칙이란 에너지이동의 방향성과 비가역성에 대해 명시한 법칙이다.

열의 이동을 생각해보자.

뜨거운 물에 차가운 물체를 넣으면, 뜨거운 물의 열이 차가운 물체로 가서 

시간이 지나면 열역학 제 0법칙에 따라 온도가 똑같아진다.

이런식으로 열은 뜨거운 쪽에서 차가운 쪽으로 방향성을 지니고 있다.

 

Q. 반대로 뜨거운 쪽도 차가워지니 반대 방향으로 기술할 수 있는것 아닌가요?

A. 열의 흐름을 봐야합니다. 차가운 쪽으로 열에너지가 유입되는 것입니다.

 

비가역성에 대해서도 살펴보자.

물이든 주전자를 오랫동안 데우면 증기가 주전자 뚜껑을 건드리면서 소리와 함께 진동하는 것을 알 수있다.

이 진동을 자세히보면 이동거리가 있으므로 무게와 이동거리의 곱인 일에너지가 될 수있다.

즉 열에너지로 시작하여 일을 하게 된것이다.

 

하지만 반대로 차가운 물에 주전자 뚜껑을 진동시켜보자. 그럼 그것으로 인해 열에너지가 올라갈 수 있을까?

올라가지 않는다.

즉 가역이라는 것은 역이 가능하다를 줄인 것이고, 비가역은 역이 불가능 하다는 것이다.

열E->일E이 일E->열E 로 가역적으로 되진 않는다는 것이다.

 

다음으로 엔트로피를 살펴보자

엔트로피는 Q/T로 온도분의 열량이다. 

엔트로피는 가역변화에서는 항상 엔트로피 변화가 0

비가역에서는 항상 증가하는데 

내막을 자세히 살펴보면

엔트로피(S) 변화는 S2-S1 이라고 할 수 있다.

S2-S1=0이라는 것은 들어온 열량만큼 나간다는 것이고

S2-S1>0이라는 것은 들어온 것보다 적게 나간다는 뜻이다.

한 계로 규정지어 열이 입출입을 보자면

S2-S1=(Q2-Q1)/T로 볼 수 있다.

Q2-Q1을 종합적으로 고려하여 Q2in+Q1in-Q2out-Q1out으로 보면 결국엔 들어오는 열량이 더 크다는 것이다.

 

다음은 카르노 사이클을 보자.

 

열역학 사이클들은 크게 PV선도 TS선도로 나뉘어서 본다.

각각 사이클 구성이 어떻게 되는지 알고있는게 좋고

여기서 카르노사이크을 이상적 가역변화 사이클을 말한다.

두개의 등온, 두개의 단열로 이루어진 것인데 그래프를 보면서 이해하면 쉽다.

 

Q. 단열이란게 어떤건가요?

A. 단열이란 열교환이 안되는 것으로 많이 쓰이는데, 열역학 사이클에선 엔트로피의 변화가 없는 것을 뜻합니다.

엔트로피의 변화가 없다는것은 S2-S1=0을 뜻하고 이것은 가역변화 열과 일의 전달이 100%라는 것을 뜻합니다.

 

 

이상으로 오늘 포스팅을 마치겠습니다.