엔탈피와 엔트로피를 설명 20071524 황재경
엔트로피 물질계의 열적 상태를 나타내는 물리량의 하나이다. 자연현상은 언제나 물질계의 엔트로피가 물질계의 열적 상태를 나타내는 물리량의 하나이다. 자연현상은 언제나 물질계의 엔트로피가 증가하는 방향으로 일어나는데, 이를 엔트로피 증 가의 법칙이라고 한다. 우주 전체의 엔트로피가 증가하는 자연현상은 일어날 수 없다.
1865년 R.E.클라우지우스가 변화를 뜻하는 그리스 어 τροπη에서 이 물리량을 엔트로피라 이름하였다. 이론적으로는 물질계가 흡수하는 열량 dQ와 절대 온도 T와의 비 dS=dQ/T로 정의한다. 여기서 dS는 물질계가 열을 흡수하는 동 안의 엔트로피 변화량이다. 열기관의 효율을 이론적으로 계산하는 이상기관의 경우는 모든 과정이 가역과정이므로 엔트로피는 일정하게 유지된다.
일반적으로 현상이 비가역과정인 자연적 과정을 따 르는 경우에는 이 양이 증가하고, 자연적 과정에 역 행하는 경우에는 감소하는 성질이 있다. 그러므로 자연현상의 변화가 자연적 방향을 따라 발생하는가를 나타내는 척도이다.
대부분 자연현상의 변화는 어떤 일정한 방향으로만 진행한다 대부분 자연현상의 변화는 어떤 일정한 방향으로만 진행한다. 즉, 자연현상의 변화는 물질계의 엔트로 피가 증가하는 방향으로 진행한다. 이것을 엔트로 피 증가의 법칙이라고 한다. 예를 들면, 온도차가 있 는 어떤 2개의 물체를 접촉시켰을 때,
열 q가 고온부에서 저온부로 흐른다고 하면 고온부 (온도 T1)의 엔트로피는 q/T1
역으로 저온부에서 고온부로열이 이동하는 자연현 상에 역행하는 과정, 예를 들면 냉동기의 저온부에 서 열을 빼앗아 고온부로 방출하는 과정에서 국부 적으로 엔트로피가 감소하지만, 여기에는 냉동기 를 작동시키는 모터 내에서 전류가 열로 바뀐다는 자연적 과정이 필연적으로 동반하므 로 전체로서는 엔트로피가 증가한다.
때때로 자연현상은 국부적으로 엔트로피가 감소하 는 비자연적 변화를 따르는 것도 있지만, 그것에 관 계되는 물질계 전체를 다루어 보면, 항상 엔트로피 를 증가시키는 방향으로 현상이변화한다. 이 이론 은 자연현상이 일어나는 방향을 정하는 것으로서, 에너지보존법칙과 함께 열역학의 기본법칙으로서 중요하다 이상기체에서 엔트로피가 증가하지 않는 것은 가역변화라고 하는 비현실적인 변화를 가정하 고있기 때문이다.
엔트로피는 물질계의 열적 상태로부터 정해진 양으 로서, 통계역학의 입장에서 보면 열역학적인 확률 을 나타내는 양이다 엔트로피는 물질계의 열적 상태로부터 정해진 양으 로서, 통계역학의 입장에서 보면 열역학적인 확률 을 나타내는 양이다. 엔트로피 증가의 원리는 분자 운동이 확률이 적은 질서 있는 상태로부터 확률이 큰 무질서한 상태로 이동해 가는 자연현상으로 해 석한다.
예를 들면, 마찰에 의해 열이 발생하는 것은 역학적 운동(분자의 질서 있는 운동)이 열운동(무질서한 분 자운동)으로 변하는 과정이다. 그 반대의 과정은 무 질서에서 질서로 옮겨가는 과정이며, 이것은 자발 적으로 일어나지 않는다.
일반적으로 열역학적 확률의 최대값은 온도가 균일 한 열평형상태에 대응하는 것이다 일반적으로 열역학적 확률의 최대값은 온도가 균일 한 열평형상태에 대응하는 것이다. 고찰하고 있는 물질계가 다른 에너지 출입이 없는 고립계인 경우 에는 늦던 빠르던 전체가 열평형에 도달하여 모든 열과정이 정지하는 것이라고 생각된다.
엔탈피 열역학에서 엔탈피(enthalpy)는 계의 내부 에너지와 계가 바깥에 한 일에 해당하는 에너지(즉, 부피와 압력의 곱)의 합으로 정의되는 상태함수이다. 열역학, 통계 역학, 그리고 화학에서 중요한 물리량으로, 엔트로피와 는 서로 다르다. 엔탈피는 다음 식으로 주어진다.
압력의 변화가 0인 경우엔, 엔탈피의 변화량은 계가 주변과 주고받은 에너지를 나타낸다 압력의 변화가 0인 경우엔, 엔탈피의 변화량은 계가 주변과 주고받은 에너지를 나타낸다. 따라서, 주변 의 압력이 일정하게 유지되는 반응의 전후의 에너 지 출입을 나타내는 데에 많이 쓰인다.