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과학

열역학 제2법칙

열역학 제2법칙과학
영문명
Second law of thermodynamics
주요 개념
엔트로피와 비가역성
고립계의 조건
전체 엔트로피가 감소하지 않음
관련 응용
열기관과 냉동 과정
열역학 제2법칙은 열역학적 변화의 방향과 한계를 나타내는 법칙이다. 고립된 계 전체의 엔트로피는 거시적인 자발 과정에서 감소하지 않으며, 에너지 보존만으로는 설명되지 않는 비가역성을 다룬다.

에너지 수지 다음의 질문

뜨거운 물체와 차가운 물체가 접촉하면 보통 뜨거운 쪽에서 차가운 쪽으로 열이 이동한다. 반대로 이동해도 에너지의 양만 계산하면 보존식을 만들 수 있지만, 그 과정이 아무 다른 변화 없이 저절로 일어나지는 않는다. 제2법칙은 이러한 방향성에 관련된다.

전체와 일부

어떤 물체의 엔트로피가 감소하는 과정 자체가 모두 금지되는 것은 아니다. 물체가 주변과 열이나 물질을 교환할 수 있기 때문이다. 계와 주변을 포함한 전체 변화와 한 부분의 변화를 구분해야 제2법칙을 올바르게 적용할 수 있다.

열기관의 제약

순환 작동하는 장치가 하나의 열원에서 받은 열을 다른 변화 없이 전부 일로 바꾸는 데에는 제약이 있다. 열기관의 효율을 이해할 때 이 조건이 중요하다. 단순히 모든 종류의 열 전달에서 일부 에너지가 사라진다는 뜻은 아니며 에너지 보존은 여전히 성립한다.

거꾸로 보이는 장치

냉장고는 일을 공급받아 차가운 곳에서 따뜻한 곳으로 열을 옮길 수 있다. 외부의 에너지 공급과 주변의 변화를 함께 계산하면 제2법칙과 모순되지 않는다. 장치의 일부만 보고 자연적인 흐름을 무조건 뒤집었다고 해석해서는 안 된다.

관련 문서

엔트로피 / 열역학 제1법칙 / 열평형 / 에너지