어릴 때부터 4차원이고 산만하다는 말 많이 들었는데

Question

초등학교때부터 혼자 산만하고 멍때리고 엉뚱한 생각 많이 한다고 선생님이 알림장에 적어두신거 보고 엄마한테 혼 많이 났었고

초1~중2까지는 애들이랑 허구한날 치고박고 싸우고 선생한테 소리지르면서 대들고 창문도 깨고 말그대로 금쪽이였음. 중3쯤 지나면서 사그라들면서 겉보기 사회성은 개선되긴 했는데 아직도 딱히 사교성이 좋지는 않음.

아직도 수시때때로 멍때리면서 생각이 이리저리 뛰어가면서 사색에 빠지는데, 오늘 특히 생각이 많이 활발했음.

그러다 문득 내 머릿속에서 어떤 일이 일어나고 있는건지 이 참에 기록해보자는 생각으로 새로운 주제로 생각에빠진 순간 타자쳐서 기록해봤는데 아래와 같음

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불균형이 있으면 불균형을 해소하는 방향으로 사건이 일어남

열역학에서 엔트로피 설명할 때 경우의 수가 많은 상태가 경우의 수가 적은 상태보다 확률이 높으니 확률상 그렇게 일어날 수 밖에 없음

어떤 물체가 가지고 있는 에너지는 크게 운동에너지랑 위치에너지 이렇게 있는데 만약 어떤 물체가 외부온도보다 낮아서 열이 흘러들어오는데 물체의 부피가 증가하지 않았으면

열역학 1법칙이 Delta U = q + w 인데 w = 0이므로 내부에너지는 증가했음

근데 아까 에너지가 운동에너지, 위치에너지 이렇게 이루어져있다고 했는데, 늘어난 내부에너지가 열로써 출입된거기 때문에 운동에너지로 변환되거나 위치에너지로 변환되었을 것 같지는 않음.

철로 만든 탱크(부피가 일정함)에 열을 흘려보낸다고 탱크가 하늘로 솟아서 위치에너지가 증가하지도 않고 그렇다고 없던 속도가 생겨서 운동에너지가 생기는것도 아님.

그렇다면 위치에너지, 운동에너지 말고 다른 종류의 에너지로 저장된거라고 할 수 있는데, 이건 어떤 종류의 에너지일까?

확실한건 내부에너지가 증가했으니 탱크내부의 온도는 증가했다는 것. 온도와 관련된 에너지가 있나? 아니면 단순히 열에너지로써 저장되었다 이러면 되는건가?

그런거라면 에너지를 운동에너지, 위치에너지말고 열에너지라는 '지갑'을 추가할 수 있겠네

그나저나, 흘러들어간 열에너지는 운동에너지로 변환된것도 아니라 물체를 운동시킨것도 아니고, 잠재적 운동능력을 만드는 위치에너지로 변환된것도 아니라서 흘러들어간 열에너지 자체로는 실생활에 유용하게 이용할만한 건덕지를 만들어낼 수 없음.

운동에너지로 바꾸려면 어떻게 해야할까

뭔가 변위를 만들어내려면 일단 탱크처럼 부피가 고정된게 아니라 풍선처럼 부피가 가변적이어야 할 것 같고 그렇게 늘어난 부피로 무언갈 밀어내면서(예를 들면 바닥을) 변위를 만들 수 있겠네.

근데 열역학 책에서 열에너지를 모두 일로써 바꾸는건 불가능하다고 그랬지(열역학 제 2법칙) 이게 엔트로피로 설명할 수 있다고 적혀있는데 아직 명확히 설명해낼만큼 이해한 것 같지는 않다.

(생각이 약간 전환됨)

일반물리학에서 열역학 배울 때 pV 그래프에서 과정이 일어나는동안 만든 곡선의 아래의 넓이가 그 기체가 한 일이 된다고 했는데, 가만 생각해보면 자유팽창은 부피가 늘어났지만 전혀 일을 한게 아니다.

그러면 pV 그래프에서 곡선의 아래 면적이 무조건 일을 나타내는게 아니라는 말인데

가만 생각해보면 기체가 일을 하려면, 기체 자체의 압력인 p에 Delta V를 곱하는게 아니라 기체 자체의 압력 p가 아닌 기체가 밀어낸 '외부' 압력의 p_ex 에 Delta V 를 곱한게 일이였다.

제대로 공부 안했으면 굉장히 혼란스러울 내용이긴 하네.

아무튼 pV 그래프에서 경로만 보고 일을 계산해낼 수 있는게 아니구나. 그래프의 p축이 기체의 p값이 아니라 외부압력인 p_ex인 경우에만 적분으로 넓이를 계산해야하는거구나.

혹은 가역반응이라면 항상 p = p_ex 일테니, 가역과정이라는 조건이 있다면 그냥 기체의 pV 그래프상 경로만 보고 적분으로 일을 계산해내도 되겠다.

엇 잠시만. 가역과정이려면 p = p_ex 뿐만 아니라 온도까지 기체 내외가 같아서 열평형상태여야 했었나?

그렇다면 아무리 p = p_ex라고 하더라도 pV그래프상에서 수평방향으로 쭉 그어지는 그런 과정은 등온곡선상에 있는게 아니므로 열평형이 아니고 따라서 가역과정이 아니라고 봐야하나?

생각해보니 열역학 책에서도 가역과정 일 계산하는 예시 보여줄 때 다른 경우에 대해서는 언급없고 isothermal일때만 서술해놨긴 한데 그래서 그런거였나?

아니 근데 그래도 p = p_ex이면 일을 계산해내는데 아무 문제 없을 것 같은데? 가역과정이 p = p_ex 'and' T = T_ex 이거니까

가역과정이면 적어도 p = p_ex가 보장되니 이걸로 일을 계산하면 되는거고, 가역과정이 아니더라도 그냥 p = p_ex일 땐 그래프 적분해서 일 계산해도 될 것 같은데

맞나..?

흠

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이게 오늘 생각했던 여러 큰 주제 중 하나고

다른 주제들도 비슷한 느낌으로 혼자 분석하고 북치고장구치고 했음

켈투자드 · Accepted Answer

분명히 카페에 앉아서 노트북 켜놓고 파이썬으로 코딩중이였는데 갑자기 왜 이쪽으로 생각이 넘어갔는지는 기억이 안남

뉴턴제3법칙 · Answer

공대나 자연대 가셔야 할 인재시네요

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