열역학과 관련 과목 고등학교에서 대학교 열역학1까지

열역학을 배우기 위해서 고등학교, 대학교에 개설된 과목들이 있습니다. 열역학과 관련 지식들은 고등학교와 대학교에서 배울 수 있습니다. 관련 지식들을 배울 수 있는 교과목을 알아보도록 하겠습니다. 물리학을 배우면 그 안에 역학 관련 내용들을 다룹니다. 뉴턴 이름이 나오면서 전통적인 역학에 대해서 배우기 시작합니다. 그리고 열과 관련된 개념들을 익힙니다. 중학교 교과 과정까지 확인하지 않았습니다. 아마도 중학교 과정에서도 열역학과 관련된 내용이 있을 수 있습니다. 그 부분은 생략하도록 하겠습니다. 고등학교 때 배우는 과학은 네 가지로 나뉩니다. 물리, 화학, 생물, 지구과학 이 중에서 역학 관련 부분은 물리에 포함됩니다. 물론 지구과학에서도 별과 관련 부분을 다루니 힘이 거론되면서 역학을 조금 다뤘던 걸로 기억합니다. 그러나 지구과학에서는 많은 부분을 할애해서 다루지는 않습니다. 다시 물리학으로 돌아가겠습니다. 고등학교 물리는 물리1, 2로 나뉩니다. 물리 1, 2에서 각각 열역학 관련 부분을 다룹니다. 물리1을 보면 역학과 에너지라는 단원이 있습니다. 처음에는 뉴턴의 운동법칙을 다루기 시작합니다. 그리고 장 마지막에 열기관에 대해서 다룹니다. 열기관이 외부와 열과 일을 주고받는 경우. 내부 에너지가 상승하게 된다. 이런 개념을 다룹니다. 열이 모두 일로 전환되지 않는 개념도 배웁니다. 이는 에너지가 변환되는 과정에서 손실이 발생한다는 내용입니다. 굳이 거창한 물리 공식을 쓰지 않더라도 일상 생활에서 충분히 경험한 내용입니다. 상식적으로 생각해보면 우리가 어떤 것을 다른 형태로 바꾼다고 할 때 그것이 백퍼센트 온전히 바꿀 수 있을까요? 돈을 환전을 하더라도 수수료가 붙습니다. 그러면 처음에 바꾸려고 했던 금액만큼 정확히 교환되지 않죠. 물론 물리적은 이야기는 아닙니다. 물리적인 예를 들어보면 전기 에너지를 이용해서 모터를 돌린다고 가정해보겠습니다. 받은 전기 에너지가 정확히 모터의 운동 에너지로 전환될까요? 육안으로는 알 수 없습니다. 하지만 동작하고 있는 모터를 만져보면 뜨겁습니다. 이것이 전기 에너지가 운동 에너지로 백퍼센트 전환되지 않는다는 의미입니다. 에너지가 변환될 때 일정 정도가 열로 바뀝니다. 이는 의도하지 않았던 부분입니다. 이렇게 에너지 변환에 손실이 발생하게 되는 것이죠. 물리1을 끝내고 나면 물리2를 배우게 됩니다. 물리2는 선택 과목으로 알고 있습니다. 선택한 학생들만 배우게 되는 것이죠. 본인의 진로가 기계공학과 같은 역학을 집중적으로 배우는 전공이라면 물리2는 당연히 들어야 합니다. 역학의 기본 개념들을 배울 수 있기 때문이죠. 물리2에서도 열역학 관련 배울 수 있습니다. 역학적 상호작용이란 장이 있습니다. 여기에서 일과 일 사이의 전환을 정량적으로 설명하는 것을 배웁니다. 이 정량적이란 의미는 아마도 수식으로 표현한다는 것으로 생각됩니다. 자연과학이란 것이 주변에서 현상을 관찰합니다. 그 후에 규칙을 발견하면 이론으로 정립하게 되죠. 그 이론은 많은 부분 수식으로 표현됩니다. 말로써 길게 풀어 쓴 것보다 간단히 표현할 수 있기 때문입니다. 물론 그 수식을 이해하려면 상당한 정도의 학습을 해야 합니다. 즉 학습을 한 사람들끼리 수식은 효율적으로 의사소통 할 수 있는 방식이라는 것이죠. 물리1에서도 열과 일의 개념을 배웠습니다. 그 배운 개념을 물리2에서는 수식적으로 표현을 해보는 것을 익히는 걸로 생각됩니다. 이제 대학교 과정을 알아보겠습니다. 대학교에서 기계공학 관련 과들이 몇개 있습니다. 정확히는 기계공학에서 세부화 된 과입니다. 기계공학이 더 큰 개념이고 그 밑에 조선해양공학과, 항공우주공학과 들이 있습니다. 배우는 것은 유사하나 전공에 따로 특정 역학을 심도 있게 학습합니다. 큰 틀에서 기계공학과, 조성해양공학과, 항공우주공학과의 과목은 유사합니다. 학부 저학년 때 기초 역학들을 배웁니다. 그 중 열역학 기초가 되는 과목은 당연히 열역학1입니다. 열역학에서 배워야 하는 양이 많아서인지 열역학1과 2로 나뉩니다. 물론 책은 한 권을 씁니다. 분량 반을 한 학기씩 배운다고 생각하시면 됩니다. 대학에서 배우는 열역학은 열과 일, 에너지의 정의에 대해서 배웁니다. 그것을 기반으로 열역학 법칙들을 배우게 됩니다. 열역학 제0법칙, 제1법칙, 제2법칙. 법칙들을 학습하고 나면 실제 응용할 수 있는 사이클에 대해서 학습합니다. 냉동 사이클을 학습하게 됩니다. 냉동 사이클을 압력과 온도 사이에 관계를 배웁니다. 이 지식은 상당히 실용적입니다. 에어컨, 냉장고에 적용될 수 있는 개념이죠. 에어컨, 냉장고를 개발하는 회사에 취직한다면 학부 저학년 때 배운 열역학1이 매우 중요할 겁니다. 에어컨, 냉장고 제품이 동작하는 기본 개념을 모두 학습하는 단계라고 볼 수 있습니다. 물론 직접적으로 제품의 어느 부분에서 이 역할을 수행한다고 설명하지는 않을 겁니다. 가르치는 교수님들께서 회사 연구원 출신이시라면 그렇게 직접적으로 연결하시는 분도 있겠지만 대다수는 그렇지 않습니다. 그 이유는 교수님들이 해당 분야를 경험하지 않으신 것도 있겠지만 사실 그렇게 좁은 범위에서 가르치는 것이 효과적이지 않을 수도 있습니다. 왜냐하면 열역학은 적용할 분야가 많은데 굳이 본인의 한정적 경험으로 풀어낼 필요가 없는 것이죠. 이렇게 하면 열역학1이 끝나고 한 학기가 끝납니다. 아무래도 기계공학과 수업은 역학과 싸움이라고 볼 수 있습니다. 한 학기 내내 여러 역학에 시달리고 과제하고 시험보고 조별 프로젝트 하다 보면 한 학기가 끝나 있습니다. 솔직히 말해서 한 학기 마무리하고 무엇을 배웠는지 곱씹지 않으면 학습한 모든 것은 날아가고 없을 수 있습니다.