열역학 제3법칙

열역학 제3법칙을 알고 계시나요? 열역학에는 네 가지 법칙이 있습니다. 열역학 제0법칙, 열역학 제1법칙, 열역학 제2법칙, 열역학 제3법칙 이전 포스팅에서 제0법칙, 제1법칙, 제2법칙에 대해서 다루었습니다. 이것들은 실제 생활하면서도 관찰할 수 있습니다. 관찰할 수 있는 현상을 기반으로 이론을 정립했다고 볼 수 있습니다. 열역학 제3법칙은 실제로 관찰할 수 있는 현상은 아닙니다. 열역학 제3법칙은 기준점을 잡았다는데 의의가 있다고 생각합니다. 열역학 제3법칙을 이해하려면 절대온도 켈빈이라는 것을 알아야 합니다. 온도를 다룬 포스팅에서 섭씨, 화씨, 켈빈 온도를 다루었습니다. 섭씨 마이너스 273도 정도 차이가 난다고 말을 했습니다. 열역학 제3법칙에 대해서 좀 더 알아보겠습니다. 열역학 제3법칙은 온도가 절대 영도에 가까워질 때 시스템의 동작을 제한하는 것과 관련이 있습니다. 대부분의 열역학 계산은 엔트로피 차이 만 사용하므로 엔트로피 척도의 영점은 종종 중요하지 않습니다. 그러나 제3법칙은 제로 엔트로피의 조건을 설명하기 때문에 기준을 위해 꼭 필요한 개념입니다. 일반적으로 절대 영도의 온도를 달성하는 것은 불가능하다고 생각됩니다. 따라서 모든 물질은 일부 열 에너지의 존재로 인해 적어도 일부 엔트로피를 포함합니다. 켈빈 온도. 절대 0이라는 개념과 가장 관련이 있는 사람은 켈빈 남작 윌리엄 톰슨입니다. 그의 이름을 가진 온도 단위 인 켈빈은 전 세계 과학자들이 가장 일반적으로 사용하는 단위입니다. 켈빈 눈금의 온도 증가는 섭씨 눈금과 같은 크기이지만 물의 빙점이 아닌 절대 0에서 시작하기 때문에 특히 곱셈과 나눗셈에서 수학 계산에 직접 사용할 수 있습니다. 예를 들어 100K는 실제로 50K보다 두 배 더 뜨겁습니다. 100K의 밀폐 가스 샘플에는 열 에너지가 두 배 더 포함되어 있으며 50K에서보다 두 배의 압력을 가집니다. 열역학 제3법칙의 의미 절대 영도의 온도는 물리적으로 도달할 수 없기 때문에 제3법칙은 다음과 같이 현실 세계에 적용되도록 재조정될 수 있습니다. 온도가 절대 영도에 가까워지면 완벽한 결정의 엔트로피가 영에 가까워집니다. 실험 데이터에서 완벽한 결정의 엔트로피가 절대 0에서 0에 도달한다는 것을 추정할 수 있지만 이를 경험적으로 증명할 수는 없습니다. 절대 영도의 온도는 자연에 존재하지 않으며 실험실에서 이를 달성할 수 없지만 절대 영도의 개념은 온도와 엔트로피를 포함하는 계산에 중요합니다. 많은 측정은 일부 시작점과의 관계를 의미합니다. 우리가 거리를 말할 때 어디서부터 시작인지 기준이 필요합니다. 우리가 시간을 말할 때, 우리는 언제부터 시간을 물어봐야 합니다. 온도 눈금에서 0 값을 정의하면 해당 눈금의 양수 값에 의미가 부여됩니다. 온도가 100K로 표시되면 온도가 절대 영도보다 100K 높으며, 이는 절대 영도보다 50K보다 두 배, 200K보다 절반입니다. 시스템의 트로피가 증가하고 최대값에 도달하는 경향이 있습니다. 시스템이 최대 값에 도달하면 정체 단계에 도달하고 이 단계에서 엔진이 작업을 수행할 수 없습니다. 우주에서 엔트로피가 증가하고 궁극적으로 우주는 작업이 불가능할 때 최대 엔트로피 값에 도달할 것입니다. 엔트로피가 증가하면 물질 분자의 무질서가 증가합니다. 엔트로피는 시스템 무질서도의 척도입니다. 엔트로피가 감소하면 무질서도가 감소합니다. 절대 영도에서 엔트로피는 0이되는 경향이 있으며 물질 또는 시스템의 분자는 완벽한 순서로 배열됩니다. 이것이 열역학의 세 번째 법칙입니다. 분자는 액체 상태보다 기체 상태에서 더 자유롭게 움직입니다. 엔트로피는 액체 상태보다 기체 상태에 더 높습니다. 분자는 고체 상태보다 액체 상태에서 더 자유롭게 움직입니다. 엔트로피는 고체보다 액체 상태에 더 높습니다. 따라서 물질이 고체에서 액체로 전환된 다음 액체에서 고체 상태로 전환될 때 엔트로피가 증가하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 얼음이 물로 전환된 다음 증기로 전환되면 분자의 엔트로피와 무질서도가 증가합니다. 증기가 물로 전환된 다음 얼음으로 전환되면 분자의 엔트로피와 무질서도가 감소합니다. 따라서 엔트로피는 시스템 분자의 무질서를 측정합니다. 이상적인 절차에 따라 제한된 수의 작업을 수행하는 시스템을 절대 영도로 만드는 것은 불가능합니다. 이것을 절대 영도의 도달 불가능 원칙이라고 합니다. 열역학 제3법칙은 달성 불가능합니다. 처음에 말씀드린 대로 실제 생활에서 관찰할 수 없는 법칙이 열역학 제3법칙입니다. 절대 영도 달성 불가에 대해서 조금 더 부연하겠습니다. 온도를 낮추는 과정은 엔트로피가 등온 감소한 다음 온도가 등 엔트로피 감소하는 것으로 볼 수 있습니다. 이 과정을 계속하면 절대 제로에 점점 더 가까워질 수 있습니다. 그러나 달성된 온도 감소가 점점 더 작아질 것이라는 것은 분명합니다. 제한된 수의 단계 후에도 0이 아닌 양의 온도가 계속 유지됩니다. 따라서 우리는 절대 0에 대한 이론적 접근만이 열역학적 과정에 대해 가능하다는 결론을 내립니다. 열역학 제3법칙과 켈빈 절대0도에 대해서 간략히 알아봤습니다. 포스팅 작성할 때도 다른 법칙들은 먼저 말씀드렸으나 제3법칙은 뒤에 말씀드린 이유가 있습니다. 이론적인 학습을 할 때는 반드시 필요합니다. 하지만 일상 생활에서 열역학을 적용해보고 알아보는데 큰 상관이 없습니다. 다른 법칙들을 이해하고 그 관점에서 사물을 바라보는 것은 이해를 깊게 만듭니다. 하지만 제3법칙은 그다지 큰 도움이 되지 못합니다. 설명 드린 것과 같이 기준점과 같이 설정을 한 것이기 때문입니다.