열역학 제2법칙과 일상생활

열역학 제2법칙이 일상생활에 어떻게 적용될 수 있을까? 열역학 제2법칙은 엔트로피의 법칙입니다. 엔트로피의 법칙이든 열역학 제2법칙이든 뭐라고 부르든 상관없습니다. 중요한 것은 그것이 어떤 의미인지가 중요할 뿐이죠. 열역학 제2법칙은 무질서도가 증가한다는 것을 말합니다. 다른 말로는 엔트로피가 증가하는 방향으로 변한다고 보시면 됩니다. 무질서도가 증가 혹은 엔트로피가 증가한다는 것은 간단한 겁니다. 예를 들면 우리가 일주일에 한번 화장실 청소를 한다고 생각해봅시다. 일요일에 청소를 했습니다. 그 다음주 토요일이 되면 화장실은 어떻게 되어 있죠? 청소를 한 일요일보다 지저분하게 되어 있습니다. 일부러 화장실을 지저분하게 만든 것은 아닙니다. 다만 화장실을 이용할 때 자연스럽게 서서히 지저분해지는 것이죠. 그렇다고 반대방향을 가는 것이 불가능한 것이냐? 아닙니다. 왜냐하면 일주일에 한번 일요일에 청소한다는 의미가 그것이죠. 에너지를 써서 자연스런 흐름의 방향을 반대로 바꿀 수 있는 겁니다. 열역학 제2법칙, 엔트로피의 법칙으로 이렇게 세상을 바라볼 수 있는 겁니다. 따라서 집이 너무 지저분해지거나 혹은 아이들이 집을 어지른다고 너무 뭐라고 하지 마세요. 원래 그렇게 무질서도가 증가하게 되어 있는 것이 자연스러운 방향입니다. 물론 그 방향에 무질서도 증가가 자연스런 속도 이상으로 빠를 수도 있죠. 그럴 때면 화가 나겠지만 시간의 차이일 뿐 언젠가는 그렇게 되었을 겁니다. 열역학의 두 번째 법칙은 시스템의 전체 엔트로피가 자발적인 과정에서 증가하거나 일정하게 유지된다고 말합니다. 결코 감소하지 않습니다. 이 법칙의 중요한 의미는 열이 고온에서 저온 물체로 자발적으로 에너지를 전달하지만 반대 방향으로는 절대로 자발적으로 전달되지 않는다는 것입니다. 이는 뜨거운 에너지에서 차가운 에너지로의 열 전달에 대해 엔트로피가 증가하기 때문입니다. 원래 두 가지 다른 온도에 있는 동일한 질량의 물을 혼합한다고 가정합니다. 20 .0 ° C 과 40 .0 ° C. 결과는 중간 온도의 물이 됩니다. 30 .0 ° C . 결과적으로 세 가지 결과가 나타납니다. 엔트로피가 증가하고 일부 에너지가 작업을 수행할 수 없게 되었으며 시스템이 무질서도가 올라갔습니다. 첫째, 엔트로피가 증가한 이유는 무엇인가요? 두 물을 혼합하는 것은 고온 물질에서 저온 물질로 에너지를 열 전달하는 것과 동일한 효과를 갖습니다. 혼합은 더운 물의 엔트로피를 감소시키지만 차가운 물의 엔트로피를 증가시켜 전체적인 엔트로피 증가를 생성합니다. 둘째, 두 덩어리의 물이 혼합되면 열에 의한 에너지 전달을 유도하여 작업을 수행하는 데 더 이상 온도 차이가 남지 않습니다. 에너지는 여전히 물 속에 있지만 이제는 일을 할 수 없습니다. 셋째, 혼합물이 정돈되어 있지 않거나 덜 구조화되어 있습니다. 서로 다른 온도에서 서로 다른 분자 속도 분포를 갖는 두 개의 질량을 갖는 대신 이제 우리는 분자 속도의 넓은 분포를 가진 단일 질량을 가지며, 그 평균은 중간 온도를 산출합니다. 이 세 가지 결과는 서로 관련될 뿐만 아니라 사실상 본질적으로 동일합니다. 뜨거운 에너지에서 차가운 에너지로의 열 전달은 본질적으로 시스템이 무질서 해지고 작업으로 사용할 수 있는 에너지가 줄어드는 경향과 관련이 있습니다. 이 법칙에 따르면 일어날 수 없는 일이 있습니다. 뜨거운 물체와 접촉하는 차가운 물체는 뜨거운 물체로 에너지를 자발적으로 전달할 수 없습니다. 그 말은 뜨거운 물체는 더 뜨거워지는데 차가운 물체는 더 차가워진다는 의미입니다. 일상생활에서 경험할 수 없습니다. 때때로 사람들은 열역학 제2 법칙을 오해하기도 합니다. 이 법칙에 근거하여 특정 위치에서 엔트로피가 감소하는 것이 불가능하다고 생각합니다. 그러나 우주 엔트로피의 전체 변화가 증가하면서 실제로 우주의 한 부분의 엔트로피가 감소하는 것이 가능합니다. 시스템의 엔트로피가 어떻게 감소할 수 있습니까? 에너지 전달이 필요합니다. 즉, 아까 말한 것처럼 화장실을 청소하는 일을 말합니다. 방에 흩어져 있는 구슬을 집어 컵에 넣으면 그 시스템의 엔트로피가 줄어든 것입니다. 땅에서 철광석을 모아서 강철로 바꾸고 다리를 짓는다면 그 시스템의 엔트로피가 줄어 들었습니다. 태양에서 나오는 에너지는 지구에 있는 지역 시스템의 엔트로피를 감소시킬 수 있습니다. 그러나 나머지 우주의 전체 엔트로피는 더 많이 증가합니다. 철광석의 경우 다리와 강철의 체계를 좀 더 구조화했지만 우주를 희생해서 그렇게 했습니다. 전체적으로 우주의 엔트로피는 광석을 파 내고 그것을 강철로 변환함으로써 생성되는 무질서에 의해 증가합니다. 식물이 화학적 위치 에너지의 형태로 일부 태양 에너지를 저장하거나 따뜻한 공기의 상승 기류가 날아오르는 새를 들어 올릴 때마다 지구는 일을 하기 위해 태양에서 깊은 공간으로 전달되는 에너지의 일부를 사용하므로 엔트로피가 국부적으로 감소합니다. 이 엄청난 에너지 전달로 인해 엔트로피가 크게 증가합니다. 열에 의한이 에너지 전달의 작은 부분은 지구상의 구조화된 시스템에 저장되어 엔트로피가 훨씬 더 작고 국부적으로 감소합니다. 사실 열역학이란 말이 어려울 뿐이지 설명을 자세히 보면 그렇게 어렵지 않습니다. 왜냐하면 실존하고 있는 현상을 관찰하여 밝혀낸 이론이기 때문입니다. 그 말은 우리가 일상에서 항상 접한다는 뜻이죠. 이렇게 열역학 제2법칙을 이론적으로도 한번 접하는 것은 의미가 있습니다. 특별히 신경 쓰지 않고 있던 현상들을 이론적으로 이해할 수 있고 이해한 것을 바탕으로 다른 것을 해석할 수도 있기 때문입니다. 열역학적 시각을 가진다는 것은 세상을 볼 수 있는 다른 시각을 가진다고 생각합니다.