(열역학)열역학 제2법칙 조금 전문적으로 들어가서

열역학 제 2법칙에 대해서 카르노(Sadi Carnot)가 최초로 체계적인 발언을 했으나, 열역학 제 2법칙을 공부할 때는 쉽게 이해할 수 있는 서술 두 가지를 들고서 이야기를 시작한다. 1900년대에 켈빈 (Lord Kelvin) 이 이야기하고, 그것을 플랑크 (Max Planck) 가 수정한 표현을 켈빈-플랑크의 제 2법칙의 서술이라고 하며, 또 한가지는 그 보다 전시대인 클라우지우스 (Clausius) 의 서술이다.

-클라우지우스의 서술

낮은 온도의 물체로부터 높은 온도의 물체로 열을 전달하되 외부에 아무 영향을 미치지 않고 사이클로 운전될 수 있는 장치를 만드는 것은 불가능하다.

-켈빈-플랑크의 서술

단 하나의 열에너지 저장고로부터 열을 받아서 동등한 양만큼의 일을 해내되 사이클로 운전되는 장치를 만드는 것은 불가능하다.

켈빈-플랑크에 의하면 단 하나의 에너지 저장고 (Single Energy Reservoir) 로 부터 열을 받아서 똑같은 양의 일을 생산할 수 있는 장치를 사이클로 운전할 수는 없다. 즉 효율 100 % 연속운전되는 열기관은 존재하지 않는다는 의미이다.

(좀더 쉽게 풀어서 말하자면 열기관(예를 들어 증기기관, 터빈, 내연기관 등등 좌우간 어떤 형태로든 열로부터 일을 추출해내는 기기)은 반드시 고온부에서 저온부로 열이 옮겨가면서 고온부와 저온부와의 열량 차이만큼 일을 하게 됩니다. 이 일을 고온부의 열량값으로 나누어준 것이 효율이 되는데 실지로 저온부는 항상 어느정도의 열량을 가지고 있으므로 효율 100%는 될 수 없다는 것입니다)

클라우지우스의 말에 의하면 낮은 온도에 있는 물질로부터 높은 온도에 있는 물질로 열을 옮기되 외부에 아무 영향도 미치지 않고 할 수 있는 방법은 없다. 즉 주어지는 일이 없는 열이동 장치 (성능계수가 무한대인 냉동기 또는 열 펌프) 는 존재할 수 없다는 의미이다. 영구기관이 실현 불가능하다는 것을 말하고 있다고 볼 수도 있다.

(이건 가장 쉬운예로 에어컨이 한마디로 전기를 안꽂아도 자기 스스로 냉방이 될 수 있다는 이야기입니다. 즉 아무 에너지도 요구하지 않고 열을 저온에서 고온으로 퍼날르는 냉방이 가능하다는 이야기이죠.)

밑에 출처 보시면 열역학 교과서 잘 만들어 놓은 것 있습니다. 좀 알아보기 어렵게 서술한 면이 없지 않지만 천천히 읽어보시면 도움이 많이 될거라 생각합니다.