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열과 엔트로피는 처음이지? ㅣ 과학이 꼭 어려운 건 아니야 4
곽영직 지음 / 북멘토(도서출판) / 2021년 1월
평점 : 
학창시절 분명 배웠던 것 같은데... 기억은 나지 않고 아이가 곧 물.화.생.지로 불리는 과학에 입문할 예정이기에 내가 먼저 알아야겠다고 생각했다.
열과 엔트로피.
ㅎㅎㅎ
책을 읽는데 꽤 많은 시간이 걸렸음은 부정하지 않겠다.
하지만, 어렵게만 느껴지는 과학적 이론을 설명하는데 흥미와 재미가 있었다면 믿어줄 수 있겠는가?
열에서 시작하여 우리의 일상을 넘어 우주의 변화 방향을 나타내는 기본적인 법칙으로 자리잡기 위해 엔트로피의 개념을 설명하고 이해하고자 한 저자의 배려가 무척 고마웠다.
구석기 시대부터 열을 사용하며 에너지를 얻고 생활과 식습관이 변화했으며, 열을 사용하는 방법이 점점 발전함에 따라 생활의 편리성 또한 변화했다.
증기기관이 대표적인 예다.
불은 과연 무엇이며 열은 또 무엇일까
인류는 불과 열을 어떻게 사용해왔고, 불과 열을 연구하며 얻어낸 열역학 법칙들과 엔트로피는 무엇일까
그렇게 발견해 낸 엔트로피는 우리가 살아가는 세상에 어떻게 이용되고 있을까
이 질문에 대한 답을 이 책은 천천히 그리고 자세히 해주고 있다.
처음 시작이 성화 봉송인데, 인류 문명의 바탕이 된 불의 가치를 소개하며 우리가 열과 엔트로피에 대해 조금 더 마음을 열고 책속으로 빠질 수 있도록 도와주니 정말 다행이다 싶었다.
만약,,, 처음부터 어려운 이론과 식이 나왔다면... 읽지 않았을지도...ㅋㅋㅋ
열역학 법칙들과 엔트로피가 도입되는 역사적인 배경들을 천천히 설명하며 이해하도록 돕는 구성이 무엇보다 돋보인다.
저자가 처음에 불을 먼저 설명한 것은 과학적으로 불을 말하는 열을 이해시키기 위함이었다.
인류의 역사에서 불의 사용은 굉장히 중요한데 이는 불을 사용하면서부터 인류 문명이 시작되었다고 생각하기 때문이다.
열역학에서 열이라는 말을 불대신 주로 사용하는데 이는 과학적으로 더 적합하기에 그렇단다.
인류가 불을 사용하기 시작했다는 것은 나무나 풀을 태워 높은 온도를 만든 다음 이 열을 이용하여 음식을 익혀 먹었다는 의미가 된다.
마찬가지로 인류가 불을 이용하여 도자기를 만들고 청동기기와 철기를 만들었다는 것은 목재나 숯과 같은 연료, 그리고 가마나 풀무와 같은 도구를 이용해 높은 온도의 열을 발생시켜 사용했다는 것을 의미한다.
(p48)
우리가 열과 엔트로피의 개념을 이해하기 위해 기본적으로 바탕이 되어야 할 불과 열에 대한 설명이다.
열을 이해시키고 온도를 통한 물질의 상태변화를 설명하며 열과 물질의 상태 변화 사이의 관계까지 찬찬히 설명하는데, 스케이트와 같은 적절한 예시들과 섭씨온도계를 만든 셀시우스의 소개, 갈릴레이, 피테르 판 뮈스헨부르크등 과학자들도 계속 소개해주며 열역학을 보다 수월하게 이해하고 받아들일 수 있도록 한다.
아..
여기까지 왔으니 좀 더 힘을 내보자...
열역학.
과연 이해할 수 있을까?ㅎㅎㅎ
한 챕터가 끝나면 『열역학 산책』이라는 코너가 나오는데, 이 코너에서 잠깐 쉬어갈 수 있다.
인류에게 불을 전해준 프로메테우스에 대한 이야기부터 시작하여 금속의자가 왜 나무 의자보다 더 차가울까?에 대한 대답, 에너지를 재생하는 것이 가능할까? 공짜 점심 같은 것은 없다.와 같은 흥미로운 이야기들이다.
그리스 로마 신화를 읽어봤던 아이는 프로메테우스에 대해 알고 불과 인류의 문명과 연결지으며 새로운 시각으로 과학에 대해 접근할 수 있을 것 같다고 말했고, 금속 의자와 나무 의자로부터 느껴지는 온도차이는 열전도 차이에 따른 것으로 온도 차이때문이 아니라는 사실도 알게 되었다.
열역학에 대해 본격적으로 들어가며 보일의 법칙 샤를의 법칙을 본다.
엇, 이거 나 배웠었던건데...ㅋㅋㅋ
분명 배웠었는데, 그 내용은 기억이 나질 않네...
아이에게 엄마가 배웠었는데 기억이 나질 않는다며 솔직하게 고하고 책을 읽는다.
보일의 법칙 :
압력(P) ⅹ 부피(V) = 일정
샤를의 법칙 :
부피(V)/온도(T) = 일정
이다.
보일과 샤를의 법칙을 기본으로 열역학에서 열과 관련된 현상을 분석하는데 사용하는 변수 온도, 압력, 부피의 관계를 설명하고 꼭 알아야할 물리량 열량과 비열도 설명하며 열역학 법칙을 위해 점진적으로 진행하여 어렵지 않고 쉽고 재미나게 다가갈 수 있게 한다.
이어 에너지의 상호 변환에도 불구하고 열을 포함한 모든 에너지의 총합은 항상 일정하다는 에너지 보존법칙
열역학 제2법칙을 제안하여 열기관의 작동원리를 설명하고 열역학 제2법칙을 통일적으로 설명할 수 있는 엔트로피라는 개념을 제안한 클라우지우스.
그가 제안한 법칙들은 에너지 보존법칙과 양립하며 열과 관계된 현상을 설명하는데 매우 효과적이라는게 밝혀지며 열역학을 완성시킨 사람으로 인정받고 있단다.
수식과 이론으로만 알았던 열역학 법칙을 불로부터 시작하여 찬찬히 읽어나가고 관련된 과학자들의 이야기들을 통해 이해를 더하니 과학을 공부하고 쉽게 이해하고자 하는 아이들에게 무엇보다 큰 도움이 될 것 같다는 생각이다.
엔트로피는 열역학 제2법칙의 두 가지로 표현으로 설명되어 있어 논쟁거리가 되는 부분을 보충하여 보다 일반적인 형태로 나타내고자 연구했고 열역학 제2법칙과 관련된 새로운 물리량을 찾아내면 해결될 것이라 생각했단다.
이에 열원에서 열이 들어오고 나갈때 이 양도 들어오고 나간다고 생각하며 연구를 거듭한 결과 새로운 물리량을 생각해냈고 이 새로운 물리량이 에너지와 비슷한 성격을 가진다는 점에 주목하여 엔트로피라는 이름을 붙였다고 한다.
드디어 엔트로피라는 개념까지 왔다.
열에서 시작하여 열역학법칙을 지나 엔트로피까지...
에너지의 어원은 힘이나 활력 등을 의미하고,
엔트로피의 어원은 변화를 의미한다.
변화를 의미하는 엔트로피로 이름을 붙인것은 열이 동력으로 전환되는 과정에서 이 양의 중요한 역할을 의미하기 때문이다. (p171)
그리하여 세상에 모습을 드러낸 엔트로피.
엔트로피(S) = 열량(Q) / 온도(T)
이 수식을 통해 우리는 같은 열량이라도 높은 온도에서는 엔트로피가 작고!!!
낮은 온도에서는 엔트로피가 크며, 열이 아닌 다른 형태의 에너지는 엔트로피가 0임을 알 수 있다!!!
마지막 장에서는 열역학 밖으로 나간 엔트로피를 소개하며 다양한 분야에서 엔트로피의 개념적인 사용을 소개한다.
생명체와 엔트로피, 제레미 리프킨의 엔트로피, 시간과 엔트로피, 경제발전과 엔트로피, 교육과 엔트로피로 나뉜 챕터를 읽으며 우리가 이해하고 소화한 열과 엔트로피를 현실세계로 끌어들여와 과학책속 이론이 아닌 살아있는 개념이며 과학적인 것에서 자유해져 인문학적으로도 영향력이 큰 개념임을 인지할 수 있다.
리프킨은 엔트로피라는 책에서 엔트로피는 감소할 수 없다는 열역학 제2법칙이 정치, 경제, 사회, 종교 등 모든 분야에 적용되는 가장 기본적인 법칙이 될 것이라고 주장했다.(p227)
엔트로피에 대한 개념이 단순히 에너지차원에서 중요성을 가지는 것이 아닌 문명의 발달과 인간의 본성 탐구까지 큰 범위에서까지 기본이 되는 법칙이 될 수 있다는 사실이 놀랍기만 하다.
과학적 이론들이 나와 멀지 않으며 얼마나 밀접한 관련을 가지는지 다시금 깨닫고 학습할 수 있는 의지와 재미를 알게 해준 책이다.
처음 시작은 쉽지 않을 수도 있다.
하지만, 저자의 찬찬한 설명과 도움으로 열에서 시작하여 엔트로피의 확장된 개념까지 안것만으로도 뿌듯하다.
과학이 꼭 어려운 건 아니다. ^-^
* 해당 글은 컬처블룸 카페를 통해 북멘토출판사로부터 도서를 협찬 받고 작성한 솔직한 후기입니다. *