역학, 설계 그리고 기구 엔지니어

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 온..

열역학에서 다루는 주요 개념과 큰 틀에 대한 설명입니다. 이전에 언급했던 포스팅과 연관있는 부분도 있습니다. 열역학은 물리학의 세부 학문으로 분류됩니다. 고등학교에서 배우는 물리, 화학, 생물, 지구과학 중 물리 계열이라는 의미입니다. 물론 깊게 들어가면 인접 학문과 연관되기도 합니다. 본질적으로 열역학은 관측과 통계를 통해 입자의 집단 운동을 분석하여 거시적 규모로 물리적 시스템의 온도, 압력과 부피 변화를 연구하는 학문입니다. 열은 에너지를 의미합니다. 역학은 움직임과 관련이 있습니다. 열역학은 에너지의 움직임과 에너지가 움직임을 만드는 방법을 연구합니다. 19세기 이전에는 물체가 뜨겁거나 차갑게 느껴지는 정도는 그 안에 포함된 열의 양에 따라 결정된다는 일반적인 가정이 있었습니다. 이때 열은 뜨거운..

열역학과 열효율 관계를 언급하겠습니다. 열역학을 학습하다 보면 열효율이라는 개념을 배울 수 있습니다. 열효율의 개념은 받은 열에너지를 얼만큼 일로 전환했는지를 말합니다. 다시 말하면 초기에 받은 열에너지에서 사용되지 않고 남은 에너지의 차이를 한 일로 볼 수도 있습니다. 이렇게 해서 분모에는 받은 열에너지를 분자에는 한 일 혹은 받은 에너지와 남은 에너지 차이를 둘 수 있습니다. 이렇게 하면 1보다 작은 숫자가 나오게 됩니다. 이론적으로는 1도 나올 수 있습니다. 받은 에너지 모두를 일로 사용했다는 이야기입니다. 아시겠지만 정말 이론적인 이야기일 뿐이며 실제는 않습니다. 1에 매우 가까운 숫자가 나올 수는 있습니다. 기술이 매우 발전한다면 1에 가까운 효율을 내는 기관을 만들 수도 있을 겁니다. 그렇다면..

열역학을 알기 위해서 알아야 하는 기본 개념들이 있습니다. 열역학에 기초가 되는 기본 개념들에 대해서 알아보겠습니다. 열역학은 당연히 열을 다루는 학문입니다. 그렇다면 열이란 것은 어떤 의미일까요? 일반적으로 열이란 뜨거운 무엇인가를 생각할 수 있습니다. 그렇다면 뜨겁다는 것을 어떻게 알 수 있을까요? 우리가 흔히 사용하는 몇 도냐 온도가 얼마인지를 확인하면 열이 있는지를 확인할 수 있습니다. 아마도 해외 특히 미국을 다녀오신 분은 단위가 달라서 혼란스러운 경험을 하신 적이 있을 겁니다. 우리는 섭씨를 쓰지만 미국은 화씨를 씁니다. 화씨를 쓰는 나라를 찾아보니 정말 소수입니다. 미국을 포함해서 몇 나라 안 됩니다. 아마도 미국을 말고 다른 나라에서 온도 때문에 혼란스러운 일은 없을 것 같습니다. 섭씨와 ..

본격적인 열역학이란 이름의 과목은 대학교에서 배울 수 있습니다. 대학교에서 열역학이란 이름의 과목부터 배우기 시작합니다. 그 이후에는 다른 이름의 심화된 과목들이 있습니다. 그와 관련된 포스팅입니다. 이전 포스팅에서 열역학 관련 고등학교 과목부터 대학교 열역학1, 2과 내연기관 그리고 연소와 공해에 대해서 언급하였습니다. 열역학이란 과목을 깊이 있게 배우려면 기계공학 계열의 전공을 선택해야 합니다. 이 전공들은 열역학뿐만 아니라 역학에 관한 과목들은 모두 깊이 있게 공부할 수 있습니다. 기계공학과 유사한 전공은 조선해양공학, 항공우주공학이 있습니다. 기계공학과 정확한 관계를 설명하자면 기계공학이 큰 범위에 있다고 보시면 됩니다. 조선해양공학과 항공우주공학은 기계공학의 세분화된 전공이라고 보시면 됩니다. ..

열역학과 관련된 대학교 과목들 설명하겠습니다. 대학교에서 기계공학 계열의 전공을 선택했다는 가정입니다. 그럴 경우 열역학 관련 어떤 과목을 배우는지 작성해보겠습니다. 지난 번 포스팅에서 고등학교 때부터 열역학 관련 어떤 것을 배우는지 적었습니다. 정리해보면 고등학교 물리 1, 2에서 열과 일에 관한 개념을 배우고 수식으로 정량적 표현하는 것까지 배웁니다. 그후 대학교 들어오면 열역학1을 배우게 됩니다. 중간에 잠깐 빼놓은 것이 있는데 대학교 1학년 때 물리학 1,2를 배웁니다. 대학교 1학년 때 배우는 물리학 1, 2는 고등학교 물리와 크게 다르지 않습니다. 물론 다루지 않았던 부분을 다루기도 하고 같은 내용이라도 좀 더 심도 있게 다룹니다. 제 기억으로는 고등학교 때 열심히 공부하셨더라면 대학교 1학년..

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 ..

열역학에서 배우는 연소는 꽤 중요합니다. 열역학을 배우는데 핵심 중에 한 가지는 연소 과정입니다. 열역학을 중요하게 배우는 전공은 기계공학입니다. 기계공학에서 열역학은 역학 중 한 분야이면서 핵심적인 과목입니다. 그래서 열역학의 세부적인 모든 과목이 전공 필수는 아니더라도 열역학은 전공 필수입니다. 이 부분은 모든 학교를 확인한 것은 아니기 때문에 틀릴 수도 있습니다. 기계공학에서 열역학을 배우고 그 중에 연소를 배웠습니다. 어디에 쓸 수 있을까요? 연소가 적용될 수 있는 대표적인 분야가 내연기관입니다. 그래서 기계공학 전공자는 자동차 회사에 취직하기 쉽습니다. 그 이유는 자동차는 내연기관인 엔진을 탑재하고 있기 때문입니다. 물론 기계공학 전공자가 자동차 회사에 취직한다고 엔진만 다루지 않습니다. 차체 ..

열역학에서 중요하게 다루는 열 전달 그 중에서 대류 방식이 제품 개발에 왜 중요할까요? 열역학에서 열 전달은 아주 중요하게 다룹니다. 그 이유는 열역학이 열의 변화에 따른 현상을 다룹니다. 그 변화라는 것이 열 전달에 의해서 발생합니다. 즉 열이 변하게 될 때 어떤 현상을 다루는지 알아봐야 하는 것이죠. 열 전달이라는 것은 크게 세 가지가 있습니다. 대류, 복사, 전도가 있습니다. 복사라는 것은 태양 복사에너지라고 하면 가장 쉽게 이해할 수 있습니다. 낮에 밖에 나가면 해가 떠있습니다. 이 해에서 오는 에너지를 말하는 것입니다. 빛 자체가 비추면서 에너지가 전달이 됩니다. 이런 형태가 복사 에너지라고 부릅니다. 한낮에 밖에만 나가도 해를 맞으면 느낄 수 있는 부분입니다. 전도라는 것도 쉽게 느낄 수 있는..

열역학에서 중요한 열 전달 그 중에서 대류에 집중한 포스팅입니다. 열역학에서 열 전달은 매우 중요합니다. 열역학이라는 것이 열의 변화에 따라서 바뀌는 현상을 다루는 학문입니다. 열의 변화가 없다면 학문적으로 다룰 의미가 없는 것이죠. 열의 변화라는 것이 바로 열 전달로 발생합니다. 그 발생되는 유형이 세 가지가 있습니다. 바로 복사, 전도, 대류입니다. 복사라는 것은 빛이 비춰서 열이 전달되는 것을 말합니다. 전도는 인접한 물체가 있을 경우에 해당합니다. 직접 닿아 있어서 열을 전달하는 방식이 바로 전도입니다. 대류는 빛이 비추어 열을 전달하는 것도 아니고 인접한 물체에 닿아서 열을 전달하는 것도 아닙니다. 바로 공기의 흐름이 열의 전달되는 것을 말합니다. 대류라는 것이 중요한 이유가 있습니다. 바로 일..