열역학 법칙의 구성
저는 대학교에서 처음으로 열역학이라는 분야를 접하게 되었습니다. 역학 중에
유일하게 수식이 없어서 좋아 했던 과목이었네요. 하지만 결국 세부적으로 배우면서
수학적인 이해가 필요했고 전공 과목을 수강 하면서 힘들었던 경험이 있네요.
열역학는 다른 역학들 보다 수식이 상대적으로 적은 것은 맞습니다. ^^
열역학을 이루는 법칙은 총 네 가지로 구성됩니다. 제4법칙도 있다고 하는데 그
부분은 제가 더 공부해서 공유하도록 해보겠습니다. 법칙들은 다음과
같습니다.
제 0법칙 : 열평형의 법칙
제 1법칙 : 에너지 보존의 법칙
제 2법칙 : 엔트로피의 법칙
제 3법칙 : 네른스트-플랑크 정리
각각의 법칙들에 대해서 알아볼 예정이고 오늘은 제 0법칙에 대해서 알아 보고자
합니다.
열적평형
수조에 차가운 물이 있고 그 물 안에 뜨거운 돌을 넣습니다. 뜨거운 돌은 차가운
물에 의해서 차가워질 것 이고, 차가운 물은 뜨거운 돌에 의해 미지근해질 집니다.
충분한 시간이 흐른 뒤 돌과 물은 더 이상 변화가 없는 상태에 이르게 되는데, 이
것을 보고 물과 돌이 열적평형을 이루었다고 말 합니다.
즉, 열적평형이란 물체의 관측 가능한 특성의 모든 변화가 더 이상 일어나지 않는
상태, 다시 말해 상화작용이 끝난 상태를 말합니다. 이런 사태를 수치로 표현한
물리량이 온도라고 합니다.
위에서 언급한 돌과 물이 서로 상호 작용하지 않는 상태인 열적평형을 이루었을 때,
돌과 물의 온도는 같다고 할 수 있습니다.
열역학 제 0법칙
열적평형에 대해서 이해하셨다면 열역학 제 0법칙을 이해하는 것은 간단합니다.
물체 A와 물체 B와 물체 C가 있습니다. 물체 A는 물체 B와 온도가 같고, 물체 B는
물체 C와 온도가 같다면 물체 A와 물체 C는 온도가 같다는 것이 열역학 제
0법칙입니다.
수식으로 나타내면 다음과 같습니다.
물체 A 온도 = 물체 B 온도
물체 B 온도 = 물체 C 온도
물체 A 온도 = 물체 C 온도
열역학 제 0법칙은 열역학을 이해하는 기본이 되는 법칙입니다. 에어컨, 냉각장치
등과 같이 열과 관련된 설계를 직무로 가지고 계신 분들이라면 필히 알고 있어야
하는 법칙입니다. 에너지 보존의 법칙과 아울러 아주 유용하게 써먹을 때가
많습니다.
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