역학, 설계 그리고 기구 엔지니어

열역학에서 열 전달, 그 중에서 복사도 꽤 중요합니다. 열역학에서 열 전달은 아주 중요합니다. 열 전달 즉 열의 이동하면서 다양한 현상이 발생하고 그것을 이해하는 학문이 열역학입니다. 열 전달 방식에는 전도, 복사, 대류가 있습니다. 그 중에서 복사에 대해서 알아보겠습니다. 복사라고 해서 생소하실 필요 없습니다. 자연과학이란 것은 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 현상을 관찰하고 그것을 정리하여 이론으로 만들었다고 보시면 됩니다. 물론 양자역학이나 상대성 이론은 사람이 눈으로 관찰한 내용을 다룬 것은 아닙니다. 다시 복사로 돌아가겠습니다. 복사라는 단어 자체가 어렵게 느껴질 수 있습니다. 한자어라서 그렇습니다. 한국어는 순수 한국말로 구성되어 있지 않고 한자어를 많이 씁니다. 그래서 단어를 접하고 잘 이해..

열역학에서 중요하게 다루는 열전달 그 중에서 전도가 오늘의 주제입니다. 열역학이란 열과 관련된 것을 다루는 학문입니다. 열이 아무런 변화가 없다면 다루는 의미가 없겠죠. 열은 변화합니다. 정확히는 열이 전달이 되죠. 열이 전달되는 방식은 크게 전도, 대류, 복사가 있습니다. 열 전도라는 것은 인접해 있는 물체에 열을 전달하는 방식입니다. 대류와 복사와 다릅니다. 대류는 흐름으로 이동을 하는 것을 의미하고 복사는 빛이 비추어 에너지를 전달하는 것을 의미합니다. 말이 열 전도라고 하여 좀 어려운 것 같지만 일상 생활에서 흔히 접하는 현상입니다. 차가운 물건 옆에 따뜻한 물건을 붙여 놓을 경우 관찰할 수 있습니다. 차가운 물건은 온도가 올라가고 따뜻한 물건은 온도가 내려갑니다. 접촉해 있어서 열이 전도되어 발..

열역학과 보온병 어떤 관계가 있을까요? 일상 생활에서 열역학과 가장 큰 관련이 있는 제품은 무엇일까요? 제목에도 언급을 했기 때문에 보온병을 말하는지 아실 겁니다. 보온병은 열을 보온하는데 쓰입니다. 일상 생활에서 온도가 뜨거워지거나 차가워지는데 열역학 법칙이 적용됩니다. 사실 전후 관계를 명확히 하자면 자연계에서 발생한 현상을 관찰하고 관찰한 결과를 열역학 법칙으로 정리한 겁니다. 따라서 열역학 법칙이 자연계 현상에 적용된 것이 아니라 현상을 설명하는 이론일 뿐입니다. 여하튼 법칙이라고 정리된 이론을 공부하면 현상을 이해하는데 조금 용이할 수 있습니다. 열역학 법칙에는 이러한 내용이 있습니다. 접촉한 물체가 열 평형이 이루어진다면 열의 이동이 없다. 그리고 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 열이 이동한다. ..

열역학 제0법칙 들어보셨나요? 열역학 제0법칙은 이해하기 어렵지 않습니다. 간단한 예시부터 몇 가지 들어보겠습니다. 매우 더운 여름날 카페에 가서 아이스 아메리카노를 샀습니다. 음료를 받아서 테이블에 앉았습니다. 테이블에 아이스 아메리카노를 올려 두었습니다. 시간이 지나자 얼음이 녹았습니다. 추운 겨울 날 카페에서 따뜻한 차를 샀습니다. 차를 마시기 위해 테이블에 앉았습니다. 테이블에 따뜻한 차를 올려 두었습니다. 시간이 지나자 차가 식었습니다. 아파트에 삽니다. 추운 겨울 날 보일러를 틀지 않았습니다. 운이 좋게도 윗집, 아랫집, 양 옆집에서 보일러를 훈훈하게 틀었습니다. 다시 더운 날 예를 들어보겠습니다. 아이스 박스에 수박과 맥주를 넣어두었습니다. 시원하게 유지하기 위해 아이스 팩을 넣어두었습니다...

열역학 한 단원인 카르노 사이클이 이번 주제입니다. 물리학은 복잡한 실제 시스템을 설명하는데 사용할 수 있습니다. 실제 생활에서 직면하게 될 많은 문제는 근사치와 단순화하여 먼저 해결할 수 있습니다. 이것은 물리학자뿐만 아니라 엔지니어라면 유용한 접근법입니다. 문제의 가장 중요한 구성 요소를 파헤치고 시스템 작동 방식을 파악하고 있는 경우 문제를 쉽게 풀 수 있습니다. 따라서 열역학 과정을 이해하려는 물리학자가 더 긴 방정식에 대한 긴 투쟁을 겪는다고 생각할 수 있지만 실제로 실제 물리학자는 카르노 사이클과 같은 이상적 상황을 가정하여 문제를 살펴볼 수 있습니다. 카르노 사이클은 열역학 제2법칙에서 오는 복잡성을 무시하고 시스템의 최대 효율을 단순히 가정하는 특수 열 엔진 사이클입니다. 이를 통해 물리학..

열역학으로 냉장고 원리를 설명할 수 있습니다. 냉장고는 우리가 삶을 향상시킨 발명품 중 하나입니다. 모든 사람이 함께 며칠 동안 음식을 보존할 수 있게 되었습니다. 냉장고 내부의 차가운 온도는 식품의 박테리아 성장을 늦추고 식품을 더 오래 보존합니다. 그러나 냉장고 내부는 어떻게 차갑게 유지되는지 원리를 아시나요? 냉장고 작동 원리는 매우 간단합니다. 기체는 에너지 분자를 밀어내기 위해 노력합니다. 따라서 더 적은 양으로 압축하면 더 뜨거워집니다. 가스를 팽창시키면 갑자기 훨씬 더 많은 부피를 차지할 수 있습니다. 분자에 포함된 열 에너지는 이제 훨씬 더 큰 공간으로 나뉘어 가스 온도가 낮아집니다. 냉장고에서 작동하는 또 다른 원리는 온도가 서로 다른 두 가지가 서로 닿거나 가까이 있을 때 더 뜨거운 표..

열역학과 에어컨은 어떤 관계가 있을까요? 에어컨 작동원리를 아시나요? 물리학의 법칙이 관련이 있습니다. 정확히는 열역학이 관련이 있습니다. 열역학 외에도 압력과 온도의 관계도 중요합니다. 보일의 법칙에 따르면 압력-체적 곱은 일정합니다. 찰스의 법칙은 부피가 절대 온도에 비례한다는 것을 말합니다. 개이 루삭의 법칙은 압력이 절대 온도에 비례한다고 말합니다. 가스 결합 법칙은 가스를 가열할 때마다 압력도 증가합니다. 가스를 가압할 때마다 열도 증가합니다. 압력이 증가하면 온도도 증가합니다. 이것이 타이어를 공기로 집어넣으면 뜨거워지는 이유입니다. 압력이 감소하면 온도도 감소합니다. 노즐을 누르고 압력을 해제하면 에어로졸이 차가워지는 이유입니다. 에어컨과 결합된 법칙을 사용하는 방식은 냉매를 가압 및 감압하..

제품 개발에 열역학은 얼마나 중요할까요? 현대 사회에서 쓰고 있는 기기들 대부분이 내부 동력으로 동작을 합니다. 어떤 형태로든 에너지를 전달받아 그것을 운동 에너지로 전환한다는 의미입니다. 모든 기기라고 하지는 않겠습니다. 왜냐하면 에너지를 받아 움직이는 것이 목적이 아닌 기기도 있기 때문입니다. 다시 대다수 에너지를 받아 동작하는 기기로 돌아오겠습니다. 그 기기들 대부분은 전기 에너지를 이용합니다. 전력을 직접 연결하든 내부 배터리를 이용하든 전기 에너지를 전환시켜 동작을 합니다. 내연기관을 가지고 있는 자동차도 내부에 배터리가 있습니다. 이 배터리로 시동을 걸고 다른 전자기기들을 동작 시킵니다. 가솔린이나 경유로 움직이는 자동차는 화석 에너지를 전기 에너지로 변화시켜 전자기기를 동작한다고 할 수 있습..

열역학 관련된 용어를 설명하겠습니다.열에 대해 설명하겠습니다. 열역학은 물질의 몇 가지 속성과 관련이 있습니다. 그중 가장 중요한 것은 열입니다. 에너지 교육에 따르면 열은 물질 또는 시스템 간의 온도 차이로 인해 물질 또는 시스템 간에 전달되는 에너지입니다. 에너지의 한 형태로서 열은 보존됩니다. 즉, 생성되거나 파괴될 수 없습니다. 그러나 한 장소에서 다른 장소로 전송할 수 있습니다. 열은 또한 다른 형태의 에너지로 변환될 수 있습니다. 예를 들어, 증기 터빈은 열을 운동 에너지로 변환하여 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기를 가동할 수 있습니다. 전구는 이 전기 에너지를 전자기 복사 (빛)로 변환할 수 있으며, 표면에 흡수되면 다시 열로 변환됩니다. 다음은 온도입니다. 에너지 교육에 따르면..

열역학 제2법칙과 일상 생활은 어떤 관련이 있을까? 열역학 제2법칙은 엔트로피 증가의 법칙입니다. 엔트로피의 증가 란 무질서도의 증가라고 할 수 있습니다. 이렇게 말하면 너무 현학적인 단어를 사용한다고 원망하시는 분들이 있을 겁니다. 그래서 조금은 쉽게 표현해보도록 하겠습니다. 사실 열역학 제2법칙은 일상 생활에서 쉽게 접할 수 있습니다. 열역학 제2법칙과 일상 생활 예시를 드리기 전에 물리학 법칙 혹은 자연을 나타낸 수학 공식과 관련된 오해를 먼저 말씀드리겠습니다. 많은 분들이 물리학 법칙이라고 하면 겁을 먹습니다. '나는 그런 심오한 것들을 이해할 수 없어 깊게 공부한 소수의 사람들 만이 이야기하고 다룰 수 있는 분야야' 라고 생각하십니다. 마찬가지로 자연을 나타내는 수학 공식 관련해서도 '나는 이해..