[엔트로피]엔트로피와 물질

소개

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목차

◈ 에너지와 엔트로피 - 물질의 성질
◈ 클라우지우스의 부등식
◈ 엔트로피의 거시 열역학적 정의
◈ 시스템의 상태변화와 엔트로피
◈ 엔트로피 증가 원리
◈ 엔트로피 증가 원리의 적용 - (1) 폐쇄 시스템
◈ 엔트로피 증가 원리의 적용 - (2) 개방 시스템

본문내용

∎ 여러가지 물질의 성질
물질의 성질로 압력, 온도, 체적, 그리고 에너지 등이 있음을 이미 잘 알고 있다. 가시적으로 확인할 수 있는 길이 단위로 체적을 알 수 있고, 압력은 U 자관 마노미터 눈금으로 볼 수 있으며, 온도 또한 이상기체 온도계의 압력눈금으로 확인할 수 있었다. 에너지는 물질의 경계를 통하여 드나드는 열 또는 일의 양을 측정함으로써 알 수 있었다. 에너지는 보이지 않고 만질 수 없으나 존재한다는 것을 제 1법칙에서 보여주고 있다. 한편 거시적으로 보이지는 않지만 미시적 분자수준의 운동이 에너지의 척도인 온도와 연관되어 있다는 것과 함께 에너지의 존재를 의심하지 않고 있었다.
물질의 성질에는 그 물질의 상태를 나타내는 고유한 값으로 압력‧체적과 같이 직접 측정이 가능한 물성과 간접적인 측정 또는 측정된 값들과의 관계로 정의되는 물성이 있다. 또한 가시적으로 관찰이 가능한 물성과 그렇지 못한 물성들이 있다. 기체의 압력을 분자 알맹이가 벽을 때리고 튀어나오는 사이에 전달되는 운동량으로 이해하고, 온도를 분자운동의 크기와 연관시킬 수 있었던 미시적 관점에서 보면 엔트로피는 분자수준 혼돈의 정도 (分子水準 混沌程度: degree of molecular chaos)를 나타내 주는 값이다.
∎ 엔트로피의 여러가지 모습
열과 일의 변환을 설명하는 제 1법칙을 통하여 에너지를 정의하였듯이 과정의 방향성을 설명하는 제 2법칙은 엔트로피를 정의하면서 정량적인 해석이 가능해진다. 또한 엔트로피는 에너지처럼 물질의 상태를 나타내는 종량적 특성으로서 상태변화의 과정에서 관찰이 가능한 열의 출입이 특별히 이상적인 경우에 대하여 정의된다. (제 1법칙의 에너지는 일반적인 열과 일의 출입에 대하여 정의된다.)
엔트로피는 클라우지우스에 의한 고전적 정의와 볼츠만에 의한 통계 역학적 정의가 있다. 열과 일의 에너지 변환장치에 주로 관심을 갖고 있는 공업 열역학의 초보과정에서는 클라우지우스 정의를 따른다. 이제부터 카노 정리로 부터 전개되는 엔트로피의 설명이 피부에 와 닿지 않는다고 느끼기 쉽다. 이런 경우, 에너지를 어떻게 정의하여 사용하는가를 돌아보는 것이 도움이 된다. 에너지라는 개념이 실제로 존재하는 것처럼 형상화시킴으로서 열과 일의 관계를 명확하게 설명하였던 것과 같이 엔트로피라는 물성 개념을 도입하여 제 2법칙을 정량적으로 설명하기로 한다.

참고자료

· http://sjoh.hannam.ac.kr/Science/modern2/
· http://www.marineschool.co.kr/bbs_file/bbsUpFiles/%BF%AD%BF%AA%C7%D06%C0%E5.hwp