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열과 엔트로피는 처음이지? ㅣ 과학이 꼭 어려운 건 아니야 4
곽영직 지음 / 북멘토(도서출판) / 2021년 1월
평점 : 
[서평후기]열과 엔트로피는 처음이지?(과학이 꼭 어려운건 아니야4)/북멘토
이번 서평은 저에게도 모험입니다. 제목 보세요, 어떠세요? 선뜻 접근하기 어려운 단어입니다.
“열(HEAT)는 열기(HIT)입니다.” 엔트로피는 들어 본 것 같은데 처음 이 느낌은 뭘까요?
뜨거운 열정으로 엔트로피을 알아봐야겠어요
예전에 고등학교 또는 대학교에서 엔탈피, 엔트로피를 배운 듯 합니다.
13살 아들이 보더니 처음에는 겁을 먹네요.
북멘토에서 출간된 “ ~ 처음이지”시리즈 4권입니다. “과학이 꼭 어려운건 아니야”가 부제입니다.
1.상대성이론, 2.양자역학, 3.지구의 생명과 역사, 3권에 손이 갈 듯 합니다.
열역학과 양자역학과 관련 있는 내용이라 합니다.
불은 사용한 인류, 더 큰 용도로 사용한 건 18세기, 열기관, 동력장치는 엔트로피의 도입 이후 이해, 발전되었다고 합니다. 열역학 법칙의 다양한 적용 분야를 이 책을 통해 알수 있을 듯 합니다.
어려운 분야인 만큼 어떻게 풀어주셨는지 궁금합니다.
저는 일상생활에서의 적용/이해 위주로 읽으려 합니다.
총 9장으로 이루어져 있어요, 그럼 한번 들어가 볼까요?
1.인류문명과 불
인류 탄생 이후 동물과 다른 점은 무얼까요? 직립보행, 언어, 문자, 도구, 전 불의 사용이 아닐까 합니다.
첫 장을 평화의 상징이 된 불, 성화에 대해 소개합니다.
인류의 불사용, 불의 필요성, 마찰열을 이용한 점화, “정글의 법칙, 병만족”이 생각납니다.
부싯돌과 나이프로 불을 착화하는 그 모습이요. 의식주를 위한 사용입니다. 생존을 위함입니다.
인류의 변화, 석기의 발전, 역사공부시간입니다. 토기, 금속(청동기, 철기)시대를 소개합니다.
한반도에서는 변한, 즉 가야국의 철기술이 발달되었다고 합니다.
현대문명의 불, 전기는 증기기관이며 화석연료가 쓰였어요.
*열역학 산책: 신화 속 불을 훔쳐 인간에게 준 프로메테우스를 소개합니다.
각 장마다 열역학 산책이란 코너가 우리로 하여금 멀고도 험한 길을 걷게 합니다.
2.물질과 열
셀시우스와 섭씨온도로 문을 엽니다. 천문학자가 기상학, 그리고 온도/온도계를 만들었어요
“뜨겁다, 차갑다”의 과학적 의미, 그러려면 물질의 구조가 선행되어야 합니다.
기체, 고체, 액체의 운동에너지, 원자/분자의 개념도 배웁니다.
진동운동, 열운동, 병진운동의 개념은 조금 어렵지만 꼭 알아야겠어요
에너지와 온도의 관계(전자기파와 불/가시광선), 온도 측정하는 온도계, 섭씨와 화씨, 그리고 절대온도(캘빈/ K)가 소개됩니다. 물의 상태변화는 다들 아시죠? 온도가 중요합니다.
상태변화와 온도변화와 열의 이해가 중요합니다. 온도와 압력과의 관계도 알아야 합니다.
압력에 따른 밥 짓기, 얼음 판 위의 스케이트 타기, 증발과 습도 등은 교과서에 배운 듯 합니다.)
*열역학 산책: 우주공간에서의 온도 측정(우주 마이크로 배경복사)
3.열역학의 태동
보일이라는 과학자가 나옵니다. 이름 들어봤어요. 유명한 “보일의 법칙”을 만들었어요
갈릴레오에 영향을 받은 보일, 돌턴에 영향을 주고 “Chemistry”를 처음 사용했다고 합니다. 화학이란 말이죠
열역학, 통계물리학 이름만 들어도 오싹합니다.
수 많은 입자들의 계를 다루는 열역학, 입자 하나하나의 의미를 두는 통계물리학, 열역학은 변수가 중요하다고 합니다. 통계물리학은 여론조사에 영향을 준다고 합니다.
기체의 부피와 압력관계는 보일의 법칙과 샤를의 법칙을 알아보고 비교해봅니다.
압력(P)*부피(V) =일정(보일), 부피(V)/온도(T)=일정(샤를)
기체의 이상상태 방정식, 이상기체, 열량(칼로리), 비열(1g/1℃)을 설명합니다.
대류, 전도, 복사의 에너지 전달도 비교하면서 마무리합니다.
*열역학 산책:열의 이동입니다. 공원 벤치의 금속의자, 나무 의자의 차이로 설명합니다.
4.열기관의 발달
기원전 그리스 시대의 과학/수학자들은 대단합니다. 특히 헤론 이분 정체가 궁금합니다.
그가 상상한 작품들, 지금 이 시대의 물건들이거든요
아마 외계에서 온 외계인 아닐까요? 증기기관, 모르고 쓰였던 열과 불,
파팽의 증기기관, 세이버리의 진공기관(진공 펌프), 뉴커먼, 드디어 와트입니다.
증기기관의 연료 석탄, 따라서 광산에서 필요한 증기기관과의 관계입니다.
그리고 영국, 프랑스, 산업혁명의 나라에서 학자들이 우르르 나오네요
이후 증기기관차와 방직기계에 적용됩니다. 이래서 목화, 면화가 필요했던 거군요
결국 제국주의 , 열강의 식민지 정책도 연관이 있나봅니다.
철도의 스티븐스, 증기선의 풀턴이 유명합니다.
*열역학 산책:증기기관차 경주대회가 소개됩니다.
5.열소설과 운동설
자연의 힘을 이용한 물레방아, 그리고 수증기로 작동한 증기기관을 비교합니다.
온도를 이용하는 물질, 열소와 열의 운동 두 가지가 대립했다고 합니다.
물레방아와 증기기관의 공통점을 찾아라? 미션입니다.
블랙은 잠열과 비열에 대해 중요한 발견을 했다고 합니다.
럼퍼드의 운동설은 열도 에너지라 하여 “열역학 1법칙”에 기여했어요.
프랑스 증기기관의 발전은 카르노가 기여했어요, “열의 이동”입니다.
가역변화/과정(원래 상태로 되돌아갈 수 있는), 비가역변화/과정(한쪽 방향으로 진행)를 비교합니다.
카르노 기관의 과정, 열효율을 알아냈지만 한계가 있다고 합니다.
*열역학 산책:우리말/영어의 차이(Yes 와 No 뜨겁다와 맵다의 Hot)
6장.에너지 보존법칙
뉴턴 역학의 운동방정식(가속도, 관성, 작용/반작용)
토마스 영의 업적이 발전하여 에너지 보존법칙이 확립되었다고 합니다.
힘과 운동 역학은 에너지와 힘, 운동량의 관계 이해가 중요합니다.
운동량 보존법칙, 에너지 보존법칙. 열과 운동의 상호 변화는 곧 에너지의 상호변환입니다.
독일과 영국의 학자들, 특히 줄이 대표적 학자입니다.
그러나 에너지 보존법칙만으로 설명할 수 없는 현상도 많다고 합니다.
*열역학 산책:에너지 없이도 일하는 기관을 영구기관이라 합니다.
7장, 열역학 제 2법칙과 엔트로피
독일의 클라우지우스는 애국자이면서 열역학 2법칙과 엔트로피를 제안했어요
전혀 다른 방법으로의 접근이 성공의 열쇠였네요
또한 캘빈과 법칙의 성공적인 표현을 하였어요
두 사람의 표현은 겉으로는 달라보여도 결국 같은 내용이라고 합니다.
명제, 논리, 증명법이 사용되고 있어요
열효율의 최댓값, 카르노 원리도 증명된다고 합니다.
“새로운 물리량에 대한 과학자들의 욕구” 이를 엔트로피라 명명했어요
변화란 의미의 엔트로피(S)=열량(Q)/온도(T)
엔트로피는 에너지의 효용성의 양이라 설명합니다.
엔트로피의 변화(증가)와 열효율의 관계도 설명합니다.
태양의 수명과 엔트로피에 대한 명제는 지금도 발전하고 있어요
*열역학 산책:에너지 재생, 재생과 재활용의 차이를 설명합니다.
8장. 엔트로피의 통계적 해석
원자와 분자의 존재, 돌턴의 일정성분비의 법칙, 아보가드로의 법칙. 볼츠만의 통계물리학을 발전시켰어요
볼츠만의 자살 아쉽네요, 과학자는 고독한가 봅니다. 자신과의 싸움인 듯 합니다.
부피, 압력, 온도는 기체 성질의 변수입니다. 공식의 중요한 상수도 설명합니다.
슈테판-볼츠만 법칙, 볼츠만의 개념이 엔트로피의 발전과 미시상태의 확률, 통계물리학의 발전에 기여했어요.
미시/거시상태를 비교 설명합니다.
거시상태, 미시상태의 수, 열평형상태를 고려하여 엔트로피를 정의했어요.
구슬 혼합, 물/잉크 확산으로 설명합니다.
“열에너지는 무질서한 운동에 의해, 운동에너지는 질서 있는 운동에 의한 에너지다”
통계적 엔트로피, 상태변화/자유에너지, 고립계인 우주에서의 엔트로피는 어떨까요?
*열역학 산책:원숭이의 글 쓰는 날이 과연 올까요? 혹성탈출 영화가 생각납니다.
9장. 열역학 밖으로 나간 엔트로피
엔트로피의 개념은 과학을 넘어 사회, 경제, 역사에도 설명되고 있어요
슈뢰딩거방정식의 그분 아시죠? 슈뢰딩거의 고양이도 유명하다고 합니다.
“생명이란 무엇인가” 저서가 유명합니다.
생명체와 마이너스 엔트로피를 설명합니다. 영양분과 배설물 비교도 합니다.
결정론, 자유의지, 의식구조의 신비를 철학과 연결지었어요.
“모든 자연현상은 엔트로피가 증가하는 방향으로 진행” 한다고 합니다.
현대의 제레미 리프킨이란 학자의 엔트로피는 인류의 역사, 사회 구조, 기술 진보의 개념으로 설명하고 있어요
프란시스 베이컨, 데카르트, 애덤 스미스, 종의 기원의 찰스 다윈까지 연관, 비교 설명해주고 있어요
교육에 적용된 엔트로피의 감소와 증가도 보여줍니다.
신에너지와 재생에너지를 소개하는 부분이 마음에 와닿네요
재생공급 가능한 에너지는 불가능하다.
엔트로피는 감소할 수 없다는 열역학 제2법칙이 정치, 경제, 사회, 종교 등 모든 분야의 기본 법칙이 된다고 하니 흥미롭네요
<공짜 점심 같은 것은 없다> 공짜 점심식사의 MSG가 술, 음료를 초래한다고 합니다.
기회비용, 새로 나온 책을 홍보하기 위해 무료로 서평책을 준다, 그러나 서평의 대가가 있어요.
부록의 통계적 엔트로피의 각종 공식은 패스입니다, 머리가 좀 아플 뿐입니다.
열역학 법칙의 중요한 물리량인 “엔트로피” 과학 전반에 그리고 생활전반에 적용되니 어렵지만 친근하고 유익한 법칙입니다. 지적 만족도가 오바했어요, 과부하입니다.
우리가 사는 생활 전반에 속속 숨어있는 이것!
우주의 변화방향까지 알려주는 친절한 이것!
쉽게 알려주셨으나 전 좀 더 공부하고 노력해야겠어요
13살 아들에게도 새로운 미지의 영역이었어요
때론 이해가 안가지만 아는 내영들은 저와 함께 이야기를 나누었답니다.
역사 속에서의 불의 영향, 그리고 발전, 불과 열의 관계, 그리고 열기관들(증기기관, 기관차, 증기선 등), 유명한 학자들과 이론, 철학과의 만남, 모든 학문과의 관계 등이 매우 흥미로웠습니다.
어려운 공식은 몰라도 우리 일상생활에 관련된 표현, 단어, 이야기로는 마음에 들고 이야기대상입니다.
솔직히 이 책은 고이 모셔두었다가 아들이 좀 더 크면, 화학과 물리를 배우고 이해할 쯤 다시 꺼내서 읽어보고
함께 공부할 예정입니다.
과학에 관심 있는 초등 고학년, 중학생 이상의 청소년들에게 새로운 모험을 위하여 강력 추천합니다.
“북멘토로부터 책만 무상으로 제공받아 직접 읽어보고 작성한 후기입니다”
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