열역학 학습 과정

열역학은 어떻게 학습하는가? 열역학이라고 하면 일반인들은 생소할 것이라 생각합니다. 일상생활에서 흔히 쓰지 않는 단어이죠. 하지만 교과과정 중에서 접했던 내용들이 열역학 학습의 기본이라고 볼 수 있습니다. 이전에 제가 학습하던 시기와는 교과과정이 달라졌을 겁니다. 그래서 현재 고등학교 물리1 목차를 찾아보았습니다. 1단원 역학과 에너지가 있습니다. 이 단원에서는 가속도, 뉴턴 법칙, 운동량 보존, 에너지 보존, 열효율에 대해서 배우는 것 같습니다. 열기관이 외부와 열과 일을 주고받아 에너지가 변화되는 과정. 열이 모두 일로 변환되지 않는다는 것. 이런 내용들을 배웁니다. 바로 열역학이죠. 고등학교 물리에서는 열역학에 대한 기본적인 개념을 잡아줍니다. 이 이후에 대학에서 관련 전공을 선택하면 심도 있게 배우게 됩니다. 열역학을 주로 다루는 전공은 기계공학 계열입니다. 기계공학 관련 과에 진학을 하게 되면 4년간 지겹도록 역학을 배우게 됩니다. 저학년 때는 역학의 초기 단계인 정역학을 시작으로 각종 역학 수업을 듣게 됩니다. 기계공학 관련 과라고 통칭한 것은 기계공학부라고 있고 그 하위에 다른 상세 전공으로 나뉘기 때문입니다. 물론 학교에 따라 기계공학과만 있을 수도 있습니다. 잠깐 언급을 하자면 기계공학부에 속하는 과들은 대개 기계공학과, 산업공학과, 선박해양공학과, 항공우주공학과가 있습니다. 학교에 따라서 산업공학과는 기계공학부에 안 들어가고 별도인 학교도 있는 듯합니다. 산업공학과는 역학에 집중하기 보다는 경영을 포함한 거시적 관점으로 접근하는 것으로 알고 있습니다. 산업공학을 제외한 기계공학과, 선박해양공학과, 항공우주공학과의 커리큘럼을 비슷합니다. 산업공학과도 역학을 배웁니다. 기계공학과, 선박해양공학과, 항공우주공학과는 역학을 어떤 환경에서 중점적으로 다루느냐 로 구분될 수도 있습니다. 기계공학과가 포괄적인 개념으로 볼 수 있습니다. 선박해양공학과는 유체역학을 깊이 있게 배웁니다. 그 중에서도 물과 관련된 유체를 배워서 선박의 움직임, 제어를 위한 이론을 배우게 됩니다. 항공우주공학과 역시 유체역학을 깊이 있게 배우지만 물보다는 공기에 초점을 맞춥니다. 대기 중에 운항하는 비행기가 있기 때문이죠. 이런 특성이 있다는 것이지 학부에서 배우는 것은 큰 차이는 없습니다. 그래서 선박해양공학과 졸업생이 기계공학 전공자를 구하는 회사에 지원하는 것에 아무런 문제가 없습니다. 항공우주공학과 역시 자동차 분야, 선박, 기계공학 전공자를 위한 자리는 어디든 갈 수 있습니다. 기계공학과도 마찬가지입니다. 기계공학과에서 다루는 역학을 크게 네 가지로 나눌 수 있습니다. 동역학, 열역학, 유체역학, 고체역학입니다. 대학에 가게 되면 각 교수님이 운영하는 연구실이 있고 그 연구실은 이 역학 기준에 의해서 분류되는 것이 일반적입니다. 물론 학과, 교수님에 따라 좀 더 세분화된 분야로 나뉘어진 연구실도 있습니다. 참고하세요. 기계공학과 4대 역학 중 하나가 바로 열역학입니다. 큰 분류가 이렇게 네 개가 되고 수업이 네 개란 의미는 아닙니다. 학부 2학년 1학기까지 기본적인 역학 네 가지를 모두 배웁니다. 동역학, 열역학, 유체역학, 고체역학(구조) 란 이름의 수업을 듣게 됩니다. 개인에 따라 다른 시기에 듣기도 합니다. 그렇다고 역학의 모든 것을 배운 것은 아닙니다. 이 이후에 각 역학의 깊이 있는 과목들이 개설됩니다. 각 역학의 테크트리를 탄다고 생각하시면 됩니다. 물론 역학의 모든 수업을 들어야 졸업이 가능한 것은 아닙니다. 전공학점을 채우면 되는 것이고 개인에 따라서 동역학을 끝까지 듣는 사람, 열역학을 끝까지 듣는 사람, 유체역학을 끝까지 듣는 사람, 고체역학을 끝까지 듣는 사람 각양각색입니다. 배우다 보면 열역학과 유체역학이 관련된 과목이 있어서 사전에 두 과목 모두 공부가 필요한 경우도 있습니다. 다른 경우도 존재합니다. 여하튼 이렇게 본인의 취향과 관심사에 맞게 역학을 공부하면 됩니다. 기계공학 관련 전공자라면 전공필수로 4대 역학 기초과목을 수강할 겁니다. 시험을 잘 봐서 학점을 잘 받는 것도 중요합니다. 하지만 그 보다 더 중요한 것은 개념을 정확히 숙지하는 것입니다. 이 이론이 의미하는 바가 무엇인지 현실에서 어떻게 적용될 수 있을지 이것을 배우면 현실의 상황을 어떻게 해석할 수 있을지를 고민하면서 공부하는 것을 추천합니다. 역학을 배우고 나와서 일상생활에서 쓸 일은 거의 없습니다. 이런 상황인데 학부 과정에서 모든 4대 역학의 마지막 수업까지 들었다고 한들 실생활에서 적용할 수 있는 것들은 없을 것입니다. 하지만 기계공학 전공자로 회사에 취업을 하게 된다면 이야기가 달라집니다. 학부 전공자가 취업했을 것을 가정한 이야기입니다. 이때도 4대 역학의 가장 어려운 과목까지 쓸 일은 없습니다. 하지만 문제가 발생한 것을 발생하고 해결하는데 4대 역학의 기본적인 지식은 아주 유용합니다. 이런 역학적 기본이 없다면 일반인이 문제해결을 하는데 분석하는 것과 하등 차이가 없을 겁니다. 그렇다면 회사에서 기계공학 전공자를 뽑은 의미가 없습니다. 그 중에서 열역학 학습을 충실히 해석 개념이 확실하다면 좋을 것입니다. 기계공학 전공자가 회사에 취직하면 열 관련 업무를 접하는 것은 아주 흔합니다. 왜냐하면 대부분 제품들이 전기로 움직입니다. 전기를 받아서 동작을 하는 제품의 경우 전기 에너지를 운동 에너지로 바꾼다고 볼 수 있습니다. 이때 모든 전기 에너지가 운동 에너지로 전환되는 것이 아닙니다. 당연히 손실이 발생하게 됩니다. 이런 손실이 제품에 열의 형태로 발생하게 되고 이런 열을 제품 동작을 하는데 필요하지 않습니다. 즉, 일정 정도 이하의 온도로 유지를 해야 하는 경우가 생깁니다. 이런 종류의 문제는 전기를 써서 구동하는 대부분의 제품들에 동일하게 적용되는 이야기입니다. 2차전지, 자동차, 각종 전자제품을 개발하는 엔지니어라면 흔히 접하는 문제들입니다. 열역학 학습을 성실히 하였다면 이런 문제를 분석하고 해결하는데 많은 도움이 될 것입니다. 고등학교부터 이공계를 선택했고 대학에서 기계공학을 선택했다면 열역학 학습은 평생을 함께 할 가능성이 큽니다.