문서의 임의 삭제는 제재 대상으로, 문서를 삭제하려면 삭제 토론을 진행해야 합니다. 문서 보기문서 삭제토론 열역학 법칙 (문단 편집) == 열역학 제2법칙: 엔트로피의 법칙 == >고립계의 [[엔트로피]]는 감소하지 않는다. 프랑스의 공학자 사디 카르노는 일 효율성을 최대로 만드는 가상의 기관인 [[카르노 기관]]을 제안한다. 후에 이 카르노 기관을 [[제1대 켈빈 남작 윌리엄 톰슨|켈빈 경]]과 [[루돌프 클라우지우스]] 등의 물리학자가 연구하여 정립한 개념이 열역학 제2법칙이다. >[math(\displaystyle \int \frac{\delta Q}T ≥ 0)] 열역학 제2법칙에서는 엔트로피라는 개념을 사용한다. 처음 이 개념이 도입될 당시 엔트로피의 정의는 [math({\rm d}S =\dfrac{\delta Q}T)]로만 정의되어 수학적으로 오직 미소변화에 대해서만 정의가 내려졌기 때문에, 엔트로피 변화를 다룰 수는 있었지만 정작 그 엔트로피가 실제 자연현상에서 어떤 물리적 현상에 대응하는 것인지에 대해 엄밀하게 나타내지 못했다. [[루트비히 볼츠만]]이 이 엔트로피의 미시적 의미를 [[통계역학]]적 관점에서 완전히 재정립하여 엔트로피의 정의는 [math(S=k_{\rm B}\ln\Omega)]로 재정의되어 현대 열역학에 이르게 된다. 이때, [math(k_{\rm B})]는 볼츠만 상수, [math(\Omega)]는 계의 가능한 경우의 수(축퇴도)이다. 여기서 말하는 엔트로피란 '''무질서도'''를 나타낸다. 그렇기에 반대로 이해하는 것이 좀 더 쉬운데, 질서가 갖춰진 상태가 엔트로피가 낮은 것이며 반대의 경우가 높은 것이다. 무질서하다는 것은 다르게 말하면 무차별하다는 것과도 같다. 즉 우리의 몸처럼 입자가 일정한 규칙에 따라 모여있는 것도 엔트로피가 낮은 상태라고 볼 수 있다. 그렇기에 사실 엔트로피가 무질서함의 정도라는 말은 정확히 표현하면 '''엔트로피가 높아지면 궁극적으로는 모든 좌표가 균일한, [[평형]] 상태로 나아가게 된다'''는 의미로 해석해야 한다. 엔트로피에 대한 또 다른 해석은 '''에너지의 쓸모'''이다. 무질서한 에너지는 활용되기 어렵기 때문이다. 그렇기에 가장 활용하기 어려운 에너지는 바로 [[열]]이다. 열은 온도를 제외하면 그 어떤 방향성도 없이 접촉한 공간을 통해 방출/복사되는 무질서한 에너지다. 그렇기에 어떤 에너지가 열로 변환된다면 엔트로피는 증가한다. 그런데 주변을 살펴보면, 거의 모든 에너지가 열 에너지로 변환된다는 사실을 알 수 있다. 온혈동물도 신진대사를 통해 열을 방출하고, 전기기관도 열을 방출하며 태양도 핵융합으로 질량을 열로 전환시킨다. 2법칙 자체에 의해 어떤 에너지를 열로 변환시키는 것은 아주 간단하다. 에너지 자체가 열로 바뀌려는 방향성을 가지기 때문이다. 그런데 열 에너지를 다른 에너지로 전환(=엔트로피를 감소)하기 위해서는 외부에서 에너지를 투입해야 한다. 그러나 열을 다른 에너지로 바꿔먹은 양보다 더 많은 에너지가 열에너지로 변환되는 과정이 반복된다. 좀 더 자세하게 표현한, 방향의 법칙은 아래와 같이 설명된다. * [[고립계|고립계]](isolated system)에서는 [[엔트로피]]가 증가하는 현상만 일어나며 감소하지 않는다. * 사용해버린 에너지(엔트로피가 높은 상태)를 같은 양의 엔트로피가 낮은 에너지로 다시 되돌리는 것은 불가능하다. 계의 일부에서 엔트로피를 낮추는 것은 가능하지만, 그것은 계의 일부에만 해당되며 그것을 위해 소모한 에너지로 인해 전체적으로는 결국 엔트로피가 증가한다. 쉽게 말해서 에너지는 가장 쓸데없는 열로만 쉽게 변환이 된다는 것이며, 꼼수를 써서 제한된 공간에서 에너지를 열 이외의 다른 것으로 변환하더라도 그걸 위해서는 더 많은 에너지가 열로 변환되는 참사를 겪는다는 것이다. [[가이아 이론]]으로 유명한 환경학자 제임스 러브록은 그의 저서 [[가이아]]에서 열역학 제2법칙을 어차피 해봤자 돈을 잃을 뿐이고 일시적으로 돈을 딸 수 있을지 몰라도 결국에는 모두 잃을 거라는 '''[[카지노]] [[도박]]'''에 비유한 바 있다. 물론 제1법칙도 카지노를 포함한 모든 계에서의 돈의 총합은 일정하다고 동시에 비유하였다. 그래서 지금도 인류의 에너지 변환효율이 처참한 수준이며, 변환과정이 많아질수록 에너지의 대부분이 열로 버려질 뿐 원래 의도하는 일에 쓰이는 양은 극히 드물다는 것이다. 이런 점으로 인해 [[선풍기]] 앞에 풍력발전기를 달아 전력을 회수하려 하면, 오히려 '''에너지를 더 소모'''하게 된다. 얼핏 생각하기에는 낭비되는 에너지의 일부를 회수할 것처럼 보이지만, 실제로는 그것보다 더 많은 에너지가 마찰, 소음 등으로 인해 버려진다는 것이다. [[아하 에너지]] 같은 삽질이 대표적이다. 여름날에 덥다고 [[냉장고]] 문을 열어두면 냉장고 안의 냉기가 냉장고 밖으로 흘러나와 방안을 시원하게 만들어 줄 수 있을까? '''결국 더 더워진다.''' 왜냐하면 냉장고는 냉매를 이용해 내부의 열을 밖으로 이동시키는 장치일 뿐이기 때문이다. 거기에 냉매를 전송하기 위해 모터를 돌리는 과정에서 만들어지는 열이 더해져 방 안의 온도는 더 올라가게 된다. '그럼 [[에어컨]]은 뭐야?' 라고 생각하는 사람이 있을 것이다. 에어컨은 쉽게 말하면 '''냉장고를 벽에 파묻어서 뜨거운 냉장고의 뒷면(방열판)은 방 밖으로 빠져나와 있고 방 안에서는 열려 있는 냉장고 문만 덜렁 보이는 것이다.''' 냉장고는 냉기가 나오는 입구와, 냉매를 순환시키는 모터가 한몸에 붙어있다. 에어컨은 이를 냉기가 나오는 입구(에어컨 본체)와 냉매를 순환시키는 모터(실외기)를 분리시키고 긴 파이프로 연결하여, 에어컨 실내기는 집안에 두고 실외기는 바깥에 둠으로써, 냉기는 집안으로 보내고, 모터가 발생시키는 열은 집 밖으로 내보내는 것이다.[* 간단히 설명하면 냉장고를 열어두는 건 찬 공기와 더운 공기를 둘 다 한 공간에, 에어컨은 찬 공기는 방 안에, 더운 공기는 방 밖에 뿌리는 것.] 물론 에어컨도 냉장고와 마찬가지로 열역학 제2법칙에서 벗어날 수 없기 때문에, 흡수되는 열보다 발생하는 열이 더 많다. 그래서 에어컨을 틀면 '우리 집'이라는 한정된 공간의 온도는 내려가겠지만, [[열섬 현상|전 지구적으로 보면 온도가 더 올라간다.]] 온난화로 인한 폭염을 견디기 위해 에어컨을 트는데, 그 에어컨때문에 온난화가 더 심해지는 역설적 상황이 발생하는 것이다. 에어컨을 틀면 우리 집은 시원해지지만 지구는 더 더워진다는 말이 바로 열역학 제2법칙을 설명하는 말이다. 또한 이러한 이유 때문에 실외기가 없는 에어컨은 존재할 수 없다. 열역학 제2법칙상, 실내온도를 낮추려고 노력하면 반드시 생산되는 냉기보다 더 많은 열이 발생하기 때문에 이 열을 바깥으로 배출하기 위한 장치가 어떠한 형태로든 반드시 존재해야만 한다. 가끔 스포츠신문이나 케이블채널에서 '실외기없는 에어컨'이라는 이름으로 광고하는 물건을 볼 수 있는데, 이 역시 일반적인 에어컨의 실외기를 대체하기 위한 열 교환 방식이 반드시 필요하다. 예를 들어 수랭식 에어컨의 경우 냉매를 물로 식혀주며, 따라서 열을 받아 따뜻해진 물이 하수구를 통해 집 밖으로 배출된다. 이동식 에어컨의 경우에도 마찬가지로 냉매를 순환시키기 위한 모든 부품이 에어컨 내부에 들어있어 이동 설치가 용이하지만, 배기 덕트를 창문을 통해 달아주는 등의 방식으로 더워진 공기를 반드시 실외로 빼내야 한다. 결국 열 교환 방식의 차이만 있을 뿐 냉매를 이용해 실내 공기가 가진 열을 외부로 빼낸다는 원리는 동일하며, 따라서 집 안의 공기는 시원해져도 무엇이 됐든 집 안의 공기가 아닌 무언가는 반드시 더 더워진다. 그리고 다른 열역학 법칙도 마찬가지지만, 열역학 제2법칙은 현재의 [[우주]]에서는 절대 무너지지 않는 것으로 여겨진다.[* 그래서 열역학 제2법칙을 다른 말로 '엔트로피 증대 원리'(The Principle of Increase of Entropy)라고 부른다. 자연과학에서의 '원리'(Principle)는 '자연의 법칙'(Natural Law)들을 통합한 보편적인 이론이자 [[공리#s-1|공리]]이며, 우주의 모든 자연 현상의 근원이며 이러한 현상이 일어나는 이유를 밝혀내는것 자체가 거의 불가능하다. [[불확정성 원리|'왜(어떻게) 입자의 운동량(p)과 위치(x)를 정확하게 측정할 수 없는가?']]라는 질문에 과학이 답을 할 수 없듯이 '왜(어떻게) 고립계 엔트로피는 증가만 하고 감소하는것 자체가 불가능한가?'라는 질문을 답하는게 역시 불가능하다. 이유가 어떻게든 '우주나 자연이 그냥 그렇게 생겨먹었다'라고 받아들이는 것. [[과학혁명]]이나 [[패러다임시프트]]가 일어나지 않는 이상 저 질문에 답을 하는 것은 현재로썬 자연과학의 영역보단 [[철학]](특히 [[과학철학]], [[존재론]])의 영역에 가깝다.] 만일 엄청난 과학력의 발달 등으로 인해 왕운이 터져서 천문학적인 가능성으로 기적이 발생해서 이 법칙을 무시할 수 있다면 그야말로 신세계가 열린다는 것이다. 당장 영구기관이 가능해지는 것이다! 간단한 예로, 지금 당신의 양 손바닥을 비벼보자. 그러면 손바닥이 뜨거워진다. 이것은 근육에 저장되어있던 화학 에너지가 운동 에너지로 바뀌고 그것이 마찰을 거쳐 열로 바뀐 것이다. 그러면, 이제 발생한 열을 가지고 어떤 수단이든 어떤 장치를 쓰든 손바닥을 비비도록 하면, 최초에 소모된 화학에너지만큼의 에너지가 나오지 않는다. 정리하자면, 열 에너지는 절대로 다른 형태의 에너지로 손실없이 바꿀 수 없다. [* 다만 이것은 열 에너지 한정인 경우이고, 전기 에너지, 위치 에너지, 운동 에너지 등의 다른 에너지들은 이론상으로는 원래 에너지의 100% 모두를 다른 에너지로 바꿀 수 있다. ] 이게 가능하다면, 평범한 상온의 물에 얼음을 넣으면 물이 끓는다는 소리나 다름 없다. [[블랙홀]]의 [[호킹 복사]]가 [[블랙홀 정보 역설|이 법칙을 위배하는 것처럼 보이기에]] 과학자들이 현재 연구중이다.[* 엔트로피와 정보의 관계에 대해선 [[엔트로피]] 문서 참조.] [[우주]]의 멸망과도 관련이 있는데 우주 멸망 가설 중 하나의 주요 이론이다. 전 우주의 모든 반응은 결국 엔트로피가 증가하는 방향으로 가므로, 언젠간 전 우주의 엔트로피가 무한대가 되어 아무런 반응도 일어 나지 못하는 빈 공간이 되어 열역학적 사망에 의해 멸망할 것이라는 '[[빅 프리즈]]' 이론이다. 가능성은 있는게 빅뱅으로 인해 엔트로피가 [math(\rm0\,J/K)]에 가까운 상태로 탄생한 우주는 지금도 엔트로피가 무한대를 향해 달려가고 있다. 만약에 열역학 제2법칙이 진리가 아니게 되는 발견이 이루어진다면 조정되거나 폐기되겠지만, 그렇지 않을 경우 우리 우주는 이러한 최후를 맞을 것으로 여겨진다. 열역학 제2법칙에 위배되는 영구기관을 제2종 [[영구기관]]이라고 부른다.저장 버튼을 클릭하면 당신이 기여한 내용을 CC-BY-NC-SA 2.0 KR으로 배포하고,기여한 문서에 대한 하이퍼링크나 URL을 이용하여 저작자 표시를 하는 것으로 충분하다는 데 동의하는 것입니다.이 동의는 철회할 수 없습니다.캡챠저장미리보기