열역학

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Steam Table에서의 Entropy

Ch. 7 Entropy
작성자
kwonjunpyo
작성일
2020-06-19 04:00
조회
1445
steam table에 보면

 

온도에 따른 엔탈피, 엔트로피 값들이 있는데

 

엔트로피는 1 --> 2로 갈때 변화하는 열량을 온도로 나눈 값이자나요

 

즉 1-->2로 가는 과정 즉 1과 2의 두 상태가 필요한데

 

특정 온도 한부분에서 엔트로피값은 어떻게 구한건가요??
전체 1

  • 2020-06-19 04:20

    안녕하세요. 매우 좋은 질문입니다.
    엔트로피의 정의에 대해서 약간만 수정하시면 쉽게 이해하실 수 있으실 겁니다.

    학생분께서 말씀하신,
    엔트로피가 1번에서 2번으로 가는 과정에서
    열량을 온도로 나눈 값은
    엔트로피 값이 아닌 엔트로피의 "변화량"입니다.

    테이블에 있는 온도/압력에 대한 엔트로피 값은
    각 온도/압력에서 측정된 엔트로피의 값입니다.

    엔트로피의 정의에 대해서 설명드리려면,
    최소한 3번 이상의 강의가 필요할 정도로
    깊은 물리적, 수학적인 이해가 필요합니다.

    관심이 있으시면 통계열역학 책을 읽어보시길 바랍니다.
    (Statistical Mechanics, Donald A McQuarrie 저)

    간단하게 말씀드리면,
    엔트로피는 불확실성의 척도입니다.
    좀더 쉽게 말하면 어떤 현상을 만족시키는 가지수가 많으면 많을 수록 엔트로피는 큽니다.

    예를 들어
    주머니 10개, 공이 10개 있다고 가정해봅시다.
    - 분별 가능한 주머니(A, B, C, ...)
    - 분별 가능한 공 (a, b, c, ...)

    어떤 사람은 주머니 하나에 공 10개를 다 넣을 수 있을 겁니다.

    A 주머니에 공 10개가 모두 들어갈 확률은 극히 적겠죠.
    이런 경우 엔트로피는 극히 작은 값을 갖습니다.

    만약 임의의 주머니 5개에 아무 공이나 2개씩 공이 들어있는 경우라면
    좀더 경우의 수가 많겠죠.
    (분별 가능한 공들이 2개씩 들어가는 경우가 중복될테니까요.)
    경우의 수가 더 많은 경우 엔트로피의 값은 좀 더 크게 됩니다.

    좀더 쉬운 예를 들어보겠습니다.
    포커나 섯다로 예를 들어볼텐데요.
    7끝(두 개의 패의 숫자 합이 7이 되는 경우)이 나오는 경우보다
    7땡(두 개 패의 숫자가 모두 7인 경우)이 나오는 경우가 더 적을 겁니다.
    7땡의 경우의 수가 7끝의 경우의 수보다 작기 때문에
    7땡의 엔트로피가 7끝의 엔트로피 보다 작겠죠.

    열역학적 현상에 예를 들어보겠습니다.
    풍선 안에 헬륨가스가 가득 차있다고 생각해보죠.

    헬륨기체가 작은 풍선 구멍을 통해서 확산하는 현상은
    가장 대표적인 비가역 과정 중 하나 입니다.

    기체 덩어리를 공이라고 생각하고
    전체 공간을 주머니라고 생각해본다면,

    기체가 풍선 안에 그대로 들어가 있는 경우의 경우의 수보다
    무한대의 공간 속으로 기체 덩어리들이 자리를 잡는 경우의 수가 훨씬 더 크겠죠.

    우리는 경험적으로 알고 있습니다.
    기체는 항상 확산합니다.
    즉. 기체는 이 공간을 가득 채우는 경향으로 우주에서의 과정은 진행되고,
    이것이 바로 비가역 과정이며,
    경우의 수가 증가하는 현상을 보이기 때문에
    엔트로피는 항상 증가한다는 열역학 2법칙(방향성)이 나오는 것이죠.

    엔트로피에 대해서 제대로 이해하기 위해서는
    1. Equal a-priori probability
    2. Microscopic definition of entropy
    을 이해하셔야 하고,
    3. the Boltzmann's constant
    4. Gibb's theory를 바탕으로
    S = kb ln(Omega)
    S = kb Pi ln(Pi)
    의 결과를 유도하실 줄 아셔야 하는데,

    기계공학부에서는 이 정도까진 굳이 아실 필요가 없을 것 같습니다.

    통계열역학에 대해서는 항상 강의를 하고 싶은데,
    별로 수요가 없어서 강의를 못하고 있습니다.
    더 많이 알고 싶으시면 위에 알려드린 책에 잘 나와 있으니 공부해보시길 바랍니다.
    (어렵지만 우주를 이해하는 데에 매우 재미있습니다.)

    질문에 대한 답이 됐기를 바랍니다.
    감사합니다.


Thermodynamics – An Engineering Approach, Cengel & Boles, McGrawHill

Ch. 1 Introduction and Basic Concepts
Ch. 2 Energy, Energy Transfer, and General Energy Analsysis
Ch. 3 Properties of Pure Substances
Ch. 4 Energy Analysis of Closed Systems
Ch. 5 Mass and Energy Analysis of Control Volumes
Ch. 6 The Second Law of Thermodynamics
Ch. 7 Entropy
Ch. 8 Exergy
Ch. 9 Gas Power Cycles
Ch. 10 Vapor and Combined Power Cycles
Ch. 11 Refrigeration Cycles
Ch. 12 Thermodynamic Property Relations
Ch. 13 Gas Mixtures
Ch. 14 Gas-Vapor Mixtures and Air-Conditioning
Ch. 15 Chemical Reactions
Ch. 16 Chemical and Phase Equilibrium
Ch. 17 Compressible Flow

  • “열역학 한방에 끝내기” 는 초등학생도 이해할 수 있게끔 쉽고 재미있게 열역학을 설명하고 있습니다.
  • 공식만 외워서 문제를 푸는 방식은 올바른 역학 공부법이 아니고, 조금만 응용된 문제가 나오면 접근하기가 매우 어려워져 좋은 시험 점수(좋은 학점)을 받기가 매우 어려워집니다.
  • 원리와 원칙에 충실하여 어떤 문제가 나와도 개념에 충실해서 풀 수 있어야 학업성취도, 취업 면접, 대학원 시험 등에서 좋은 결과를 기대할 수 있습니다.