취업 시 면접장에서 많이 물어보는 열역학 제2법칙 : 엔트로피 증가의 법칙

회사 면접 보러 갔을 때 기술 면접을 하는 경우 임원들 중 한 사람은 열역학 제2법칙을 묻는다. 

자신의 유식함을 자랑하기 위함이기도 하고 기초적인 소양이 있는 지를 알기 위해서 물어 보기도 한다.

그런데, 확실한 것은 모두 알아야 하는 엔트로피 증가의 법칙이다.

 

열역학 제2법칙

이 세상의 것들은 다 무질서한 방향으로 흘러간다.

1) 엔트로피는 무엇인가?

엔트로피는 무질서도라고도 한다. 엔트로피(영어: entropy, 독일어: entropie)는 열역학적 계의 유용하지 않은 (일로 변환할 수 없는) 에너지의 흐름을 설명할 때 이용되는 상태 함수다. 통계역학적으로, 주어진 거시적 상태에 대응하는 미시적 상태의 수의 로그로 생각할 수 있다.라고 백과사전에 나온다.

참 어려운 개념이다.

그런데, 알갱이를 생각해 보자.

알갱이는 움직인다고 가정하자.

이 알갱이의 움직임이 지속될 수록 무질서하게 되고 그 무질서가 넘쳐나게 되면 공간이 넓어진다.

엔트로피는 알갱이의 움직임의 범위가 더 커지는 것을 함수로 나타낸 개념이다.

 

2) 열역학 제2법칙의 정의

고립계에서 엔트로피는 증가하거나 또는 일정하게 되려 한다. 자연계에서 모든 진행 과정은 다 가역적일 수 없다는 의미다.

3) 열역학 제2법칙의 설명

열역학 제2법칙은 어떤 양이 보존된다는 것을 요구하기보다는 자연 과정이 진행하는 방향을 규정하기 때문에 열역학 제1법칙과는 근본적으로 다른 부등식을 갖고 있는 법칙이다. 이 법칙에 따르면 열역학 계에서 엔트로피의 변화는 항상 0보다 크거나 같다. 즉, 엔트로피가 항상 증가하거나 일정하게 되는 방향으로 자연 과정에서 진행될 것이다. 

다시 말하면 비가역적인 방향으로 모든 과정은 진행된다는 것이다.

약간 철학적인 말 같지만, 모든 상황은 점점 무질서하게 진행된다는 것이다.

 

4) 열역학 제 2법칙의 적용

높은 빌딩에서 축구공 100개를 던진다면, 바로 공은 무질서하게 퍼질 것이다. 공 100개가 1줄로 늘어서서 바닥에서 일정한 높이에서 100개가 원형의 모습으로 모양을 만들어낼 가능성은 거의 없을 것이다. 이유는 간단한다. 무질서도를 일컫는 말인 엔트로피가 증가하기 때문이다.

밀폐된 승용차 안에서 방귀를 뀌었다고 해 보자 그 냄새는 않고 계속 퍼져 그 차 안에 있는 모두를 불쾌하게 만든다. 엔트로피 즉 무질서도는 지속적으로 일어난다.

커피가 방 안에 있으면 방안에 온통 커피향이 되는 것처럼, 커피 향이 가만히 있지 않고 주변으로 퍼져 나가는 것이다.