열역학이 완성되기까지 (칼로릭 이론, 카르노의 원리, 열역학 제1법칙, 열역학 제2법칙, 엔트로피, 통계열역학)

소개글

열역학이 완성되기까지 (칼로릭 이론, 카르노의 원리, 열역학 제1법칙, 열역학 제2법칙, 엔트로피, 통계열역학)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 칼로릭 이론
1) 열은 ‘칼로릭(caloric)’이라고 불리는 ‘무게가 없는 물질입자’ :
2) 칼로릭 이론의 문제점
3) 칼로릭 이론의 퇴조 :

2. 카르노의 원리 (논문 1824년)

3. 열역학 제 1법칙
1) 열역학 제 1법칙의 발견
2) 열역학 제 1법칙 (에너지 보존의 법칙)

4. 열역학 제 2법칙
1) 열역학 제 2법칙의 배경
2) 열역학 제 2법칙 (에너지 소산의 법칙)

5. 엔트로피(entropy)
1) 엔트로피의 배경
2) 엔트로피의 다양한 정의
3) 엔트로피

6. 통계열역학
1) 통계열역학의 배경
2) 통계열역학
3) 볼츠만의 질서원리



소 감 문

본문내용

런 와중에 또 한편으로 든 생각은 ‘이 과제가 없었다면 어떻게 열역학을 이해했을까?’였다. 이 책들을 안 읽었으면 왠지 평생 열역학을 제대로 이해하지 못했을 것 같은 기분이 들었다. 어떤 개념을 알고 문제를 풀기에는 그 개념이 말하는 바에 대해 제대로 알면 되지만, 알고 문제를 푸는 것 뿐 만 아니라 이해를 완벽하게 하고 어떤 의미를 담고 있는 개념인지 내가 설명할 수 있게 되기 위해서는 개념에 대한 배경 또는 역사, 관련된 여러 가지 다른 지식들도 필요하다고 생각해왔기 때문이다. (작년에 비슷한 과제를 받고 나서부터 하게 된 생각이었다. 작년에도 두 권의 책을 읽고 나서 DNA이중나선을 제대로 설명할 수 있게 되었기 때문이다.) 이 책들을 읽지 않고서 열역학을 배웠다면 내부에너지, 엔트로피, 열, 일 등의 개념들을 적용해야 하는 문제들을 풀 수 있긴 했겠지만 저런 개념들이 정확히 무엇을 말하는 것인지(사전에 나오는 뜻 말고) 설명할 수 없었을 것이다. 레포트에 대한 걱정이 있기는 했지만 그보다는 책을 다 읽었다는 뿌듯함, 내 머릿속이 채워지는 기분을 더 크게 얻을 수 있었다.
두 번째 읽을 때부터 머릿속에서 따로 놀던 여러 가지 내용들이 연결되기 시작하면서 틀이 잡혀갔다. 책을 한 번 씩 읽은 후 이해되지 않았던 내용들을 다 이해할 수 있게 되었다.
처음엔, ‘칼로릭’을 ‘에너지’로 대체할 수 있다고 생각했는데 완전히 틀린 생각이었다. 칼로릭은 에너지와 전혀 다른 개념이었던 것이다. 에너지는 물체가 가진 일을 할 수 있는 ‘능력’을 말하는 것이지만 칼로릭은 ‘능력’이 아닌 ‘물질 입자’였다. 정확히는 ‘무게가 없는 물질 입자’였다. 처음 책을 읽었을 때에도 저 칼로릭의 뜻이 나와 있었지만 두 번째 읽고 나서야 저 뜻을 이해하게 되었다. 에너지와 칼로릭의 차이를 이해하면서 왜 칼로릭이론이 틀린 이론인지도 깨닫게 되었다. 칼로릭은 정말 단지 무게가 없을 뿐인 ‘물질’이었다. 하나를 제대로 이해하고 나니 책을 읽는 데 보람이 생기고 다른 것들도 읽으면 다 알 것 같은 뿌듯한 기분이 들었다. 공부할 때, 이해하기 전에는 어려워서 짜증나고 하기 싫은데 꾸역꾸역 하다가 드디어 이해하고 나면 설명해주고 싶고 문제 풀어보고 싶은 기분이랑 비슷한 기분!
칼로릭 이론을 이해하고 신나서 열심히 책을 읽고 위에서 궁금해 했었던 내용들을 거의 다 이해하게 되었다. 내용을 이해하게 되면서 이번에는 내용에 대한 의문이 생기지 않고 과학자들에 대한 감탄을 하게 되었다. 에너지, 일, 열 등의 개념들이 다섯 권의 책들 속에 끊임없이 등장한다. 나는 이 개념들을 사용해 전개되는 열역학에 대한 내용들을 읽어나가면서 이해를 했다. 내가 이해를 할 수 있었던 것은 에너지, 일, 열이 무엇을 뜻하는 지 이미 알고 있기 때문이었다. 그러나 바로 위에서 말했던 ‘칼로릭’이론은 읽어나가면서 바로 이해하기 어려웠다. 그것은 ‘칼로릭’이 생전 처음 들어보는 단어였기 때문이다. 칼로릭이 무엇을 뜻하는 개념인지 파악하지도 못한 채 칼로릭이론을 이해하기는 어려웠던 것이다. 처음 들어보는 개념을 이해하기는 굉장히 어려운 일인데 그 개념을 만들어내기까지는 얼마나 어려운 과정을 거쳤을까, 또 얼마나 오래 걸렸을까 하는 생각이 들었다, 지금이야 에너지, 일, 열 하면 무엇을 뜻하는지 다 알고 관련된 식 등도 잘 이해할 수 있지만, 저 단어들이 아예 존재하지 않았을 때는 어떻게 단어를 떠올리고 정의할 수 있었을 지 신기하고 대단했다. 과학자들이 얼마나 열심히, 또 끊임없는 연구를 해야 새로운 개념을 만들고 정의할 수 있을까싶어 존경심이 들었다.
책을 읽으면서 많은 지식들을 얻었고, 생각하지 못했던 열역학에 대한 새로운 관점들을 알게 되었다. 책 <혼돈으로부터의 질서>에 의하면 엔트로피는 처음부터 점점 증가하는 양이라는 것으로 정의된 것이 아니고 오히려 반드시 마지막에 초기의 값으로 되돌아간다는 보존을 중심으로 정의가 내려졌다. 이렇게 엔트로피의 정의가 변화했다는 사실은 전혀 예상하지 못했던 사실이었다. 무질서한 쪽을 선호하는 방향을 수학적으로 나타내기 위해 도입한 것이 ‘엔트로피’라는 내용이 다른 책에 있었다. 사실 더 깊게 들여다보면 엔트로피의 정의는 보존을 중심으로 내려졌다가 후자로 바뀌게 된 것이었다. 책 <새로운 과학과 문명의 전환>에 포함된 ‘진화라는 것은 생물학에서는 질서의 방향으로의 운동, 물리학에서는 무질서의 방향으로의 운동이다.’ 이 내용을 보고는 물리학을 진화론적인 관점에서 보았다는 것이 신기했다. 진화는 생물학에서만 쓰이는 단어라고 생각해왔는데 물리학에도 적용을 시킨 것이다. 이 책뿐만이 아닌 다른 여러 책들에서도 여러 가지 과학 학문들은 서로 경계가 없음을 많이 일깨워주고 있었다. 책 <새로운 세계관>에서 엔트로피가 증가하면서 사용 불가능해진 에너지를 ‘공해’와 ‘쓰레기’로 표현해놓은 것을 보고도 저자가 무엇을 말하려 하는 것인지 바로 위의 내용과 비슷한 느낌을 받았다.(공해와 쓰레기가 과학적 개념인지는 모르겠지만)
다섯 권의 책이 다 저자가 다르다보니 열역학에 대한 관점들과 중요하다고 생각하는 비중 등이 많이 다른 게 확연히 느껴졌다. 심지어는 선호하는 과학자도 각각 다른 것 같았다. 과학자들의 이야기를 써놓은 부분들에서 그런 느낌을 받았다. 책을 읽으면서 다섯 권의 책들이 보여주는 그런 차이점들을 발견해내는 재미가 있었다. 책을 읽기 전에 책을 한번만 읽어서 할 수 있는 과제가 아니라서 시간이 아깝다는 생각을 했었는데, 다 읽고 난 후 그 생각이 완전히 사라졌다. 이만큼을 투자해서 열역학에 대해 굉장히 많은 지식을 얻게 되었다는 것에 정말 감사하다. 과제가 없었다면 분명히 읽지 않았을 책들이고 얻지 못할 지식들이었다. 열역학의 개념조차 제대로 모르던 내가 지금은 설명할 수 있을 정도로 이해했다고 자신할 수 있다. 어느 정도가 열역학을 완벽히 이해한 것인지 사람마다 생각이 다르겠지만 내 기준에 있어서는 완벽히 이해했다고도 말 할 수 있다. 앞으로 물리화학 뿐만 아니라 여러 과목들에 있어서 열역학에 대한 완벽한 이해는 많은 도움이 되리라 생각이 든다. 많은 것을 얻게 해준 교수님께 감사드립니다!

키워드

열역학이 완성,   칼로릭 이론,   카르노의 원리,   열역학 제 1법칙,   열역학 제 2법칙,   엔트로피,   통계열역학,   열역학