[이론] 열역학 제 2법칙과 엔트로피

 

엔트로피의 일반적인 정의는 물질계의 열적상태를 나타내는 물리량의 하나
이다.이론적으로는 물질계가 흡수하는 열량 dQ와 절대온도 T와의 관계는 다
음과 같다.
dS =dQ/T (1)
식(1)에서 dS는 물질계가 열을 흡수하는 동안의 엔트로피 변화량이다[7].열기
관의 효율을 이론적으로 계산하는 이상기관에서는 모든 과정이 가역과정이므
로 엔트로피는 일정하게 유지되지만 일반적으로 현상이 비가역 과정인 자연적
과정을 따르게 될 때에는 이 양은 증가하고 자연적 과정에 역행할 때에는 감
소하는 성질이 있다.즉,자연현상의 변화가 자연적 방향을 따라 발생하는가를
나타내는 척도로 다루어진다.어떤 상태에 대한 엔트로피는 그 상태에 대한
확률의 척도일 뿐 아니라,그 상태에 대한 무질서함의 척도이기도 한다.어떤
계의 무질서한 상태에 해당하는 분자들의 배열 방법 수는 매우 많고 그에 대
한 확률이 큰데 반해,질서가 있는 상태에 대한 배열 방법 수와 그 확률은 극
히 작기 때문이다.다시 말하면 엔트로피 증가의 원리는 분자운동이 확률이
적은 질서 있는 상태로부터 확률이 큰 무질서한 상태로 이동해 가는 자연적
현상으로 해석된다.즉 열이 발생하는 것은 역학적 운동(질서 있는 분자운동)
이 열적운동(무질서한 분자운동)으로 변하는 과정이며 고온 물체에서 저온 물
체로 열이 이동하는 것은 국부적으로 분자운동에 개별성이 있다고 하는 질서
있는 상태에서 분자운동이 균일해지는 무질서 상태로 이동해 가는 것이다.이
들은 어느 경우나 엔트로피가 증가하지만 그 반대의 과정은 무질서에서 질서
로 옮겨가는 것이며 이 과정은 자발적으로 일어나지 않는다.일반적으로 열역
학적 확률의 최대값은 온도가 균일한 열 평형상태에 대응하는 것으로서 고찰
하고 있는 물질계가 다른 에너지의 출입이 없는 고립계인 경우에는 전체가 열
평형에 도달하여 모든 열 과정이 정지하는 것이라 생각한다.
엔트로피 움직임에 대한 고무사슬은,응력이 없는 상태에서는 탄성체는 비
결정이고 엉킨 형태의 분자 사슬로 구성되어 있다.인장응력이 가해져 탄성변
형이 발생하는 것은 엉킨 부분의 일부분이 풀려서 응력 방향으로 늘어난 것인
데 응력을 제거하면 사슬은 원래의 구조대로 되돌아오고 재료의 거시적인 형
태는 원래의 현상을 회복한다.탄성 복원력의 원동력은 엔트로피라고 하는 열

역학적 인자이다.엔트로피는 계의 무질서인데 무질서함이 증가할수록 그 값
이 증가한다.탄성체가 당겨지고 사슬들이 곧바로 펴지고 좀 더 정렬되면 계
의 엔트로피가 감소한다.이러한 상태로부터 사슬이 원래 엉킨 상태로 되돌아
오면 엔트로피가 증가하게 된다.

 

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