증기기관과 효율, 카르노와 줄 by [아인슈타인의 냉장고]

아인슈타인의 냉장고 - 뜨거운 것과 차가운 것의 차이로 우주를 설명하다
폴 센 지음, 박병철 옮김 / 매일경제신문사 / 2021년 9월

<아인슈타인의 냉장고>​

이 모든 발전을 열역학 혼자 

이룩한 것은 아니지만, 

열역학이 없었다면 인류는 

지금처럼 풍요로운 삶을 누리지 못했을 것이다.

하수펌프와 제트엔진, 안전한 전기공급망과

생명을 살리는 생화학 등 

우리가 당연하게 여기는 현대 문명의 

모든 기술은 에너지와 엔트로피 그리고 

온도를 이해했기 때문에 탄생할 수 있었다. (p.9)

열역학이 지금 누리는 

문명의 이기를 탄생시키는 기초가 되었다니

정말 놀라운 일이다.

교과서에 열역학 몇법칙으로 외우고

관련 문제를 풀면 별 생각없이 지나갔는데

그 안에 숨겨진 뜻이 어마어마하단다.

그 뜻을 배우기 전에,

먼저 열역학 법칙이 정립되기까지의 

과정을 살펴보자.​

영국의 발전은 증기기관에서 비롯되었고,

초기는 엄청나게 비효율적이었다.

제임스 와트가 효율을 네 배 올린

엔진을 개발해 특허등록을 하지만

영국 산업의 걸림돌로 작용한다.

한편 프랑스의 사디 카르노는

칼로리 단어를 만들어 

열을 정량적으로 측정했다.

제임스 프레스콧 줄은 

칼로릭 이론에 의구심을 품고

열을 생산하는 전류의 특성을 파악했다.

카르노와 줄은 퍼즐의 두 조각이었다. 

그러나 톰슨을 비롯한 수많은 과학자들이 

최선의 노력을 기울였음에도 불구하고, 

퍼즐 조각은 한동안 제자리를 찾지 못했다. 

결국 이 문제는 신대륙에서 풀린다.​

어떤 법칙이라는 것이 

하늘에서 뚝 떨어지는 것이 절대 아니다.

단계별로 일련의 과정을 하나씩 밟아나가다가

끝에 이르러 마무리되는 느낌으로

법칙이 생겨난다.

열역학법칙 또한 그렇다.

과학자들의 가설, 실험, 연구, 수정 끝에

하나의 법칙이 만들어진다.

이제 신대륙에서 이 퍼즐을 

어떻게 맞출지 기대된다.

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