엔트로피의 법칙!!

<table id=cafe_editor_main_table_color bgColor='#ffeaf8' cellpadding=0 cellspacing=0 border=0 width=100%><tr><td id=cafe_editor_main_table class=text> 엔트로피의 법칙 물리법칙 중에서 가장 근본적인 법칙 중의 하나가 에너지보존법칙이다. 에너지에는 여러 가지 종류가 있어 한 종류의 에너지가 다른 종류의 에너지로 바뀔 수 있으나, 에너지의 총량은 항상 일정하게 유지된다는 법칙이다. 19세기 초까지만 해도 대부분의 과학자들은 열이 무엇인지 잘 모르고 열은 열소라는 물질이 만들어내는 화학작용의 일종이라고 생각했다.   그런데, 사디 카르노(Sadi Carnot, 1796~1832)는 1824년 증기기관의 효율성에 관한 연구인 “불의 동력에 관한 반향”이라는 논문에서 일의 양은 원천과 흡수원간의 온도차에 의존한다는 것을 지적하였으며, 이를 발전시켜 루돌프 클라우지우스(Rudolf Clausius)가 열역학 법칙으로 공식화하였다. “열역학 제1법칙”은 「질량보존법칙」이라고도 부르는데, 물질과 에너지는 창조되거나 파괴될 수 없고 단지 형태만 변화한다는 것이다. 질량보존법칙은 인간이 무에서 유를 창조할 수 없으며 모든 인간의 생산물은 궁극적으로 자연이 제공하는 자원에 의존할 수밖에 없다는 것을 의미한다. 또한 인간이 경제활동을 통해 이용한 자연자원들은 폐열, 폐기물, 생산제품으로 지구상에 남게 된다.   따라서 인류의 활동은 자원의 제약을 받게 되며, 경제활동에 의한 각종 부산물은 폐기물로 지구환경에 축적된다. 에너지보존법칙에 의해 에너지인 열은 총량은 변하지 않으나 높은 온도에서 낮은 온도로는 흘러간다. 100℃의 물체가 가지고 있던 100cal의 열량이 0℃의 물체로 흘러가도 열량은 100cal 그대로 유지된다. 온도가 낮아지는 것은 열에너지가 없어지는 것이 아니라 넓게 퍼지는 것을 의미한다. 한편 열도 에너지의 일종이고 총량이 변하지 않는 것이라면 낮은 온도의 물체에서 높은 온도의 물체로도 흘러갈 수 있어야 한다. 하지만 열은 높은 온도에서 낮은 온도로만 흐를 뿐 낮은 온도에서 높은 온도로 흐르지는 않는다. 그 뿐만 아니라 운동에너지는 쉽게 모두 열에너지로 바꿀 수 있다.   즉 달리던 물체에 마찰력이 작용하면 물체가 가지고 있던 운동에너지는 모두 열에너지로 바뀌고 물체는 정지한다. 그러나 열에너지는 일부만 운동에너지로 바꿀 수 있을 뿐이다. 엔트로피법칙(the Entropy Law)이라고도 하는  “열역학 제2법칙”은 운동에너지는 100% 열에너지로 바꿀 수 있지만  열에너지는 100% 운동에너지로 바꿀 수 없다는 것,  열이 높은 온도에서 낮은 온도로만 흘러간다는 것을 법칙으로 정한 것이다.    엔트로피 증가의 법칙을 설명하기 위해 예를 들어 교실에 안경을 낀 학생 20명과 안 낀 학생이 20명 있다고 가정하자. 이 때 마음대로 자리에 앉으라고 하면 안경을 낀 학생과 안 낀 학생이 마구잡이로 섞여 앉아 있을 가능성을 A라고 하자. 그리고 한 편에는 안경 낀 학생, 다른 한편에는 안 낀 학생만 앉아 있을 가능성을 B라고 하자. A는 엔트로피가 높은 상태이며, B는 엔트로피가 낮은 상태이다. A가 B보다는 가능성이 크다.   그것은 섞여 앉는 경우의 수가 따로따로 앉는 경우의 수보다 많아서 확률이 높기 때문이다. 억지로 따로따로 앉도록 해도 시간이 가면 차츰 섞이게 된다. 점점 섞이는 방향으로 진행되는 것이 자연에서의 변화방향이다. 즉, 우리가 사용하고 있는 에너지와 자원은 필연적으로 질이 저하되고 있어 다시 사용할 수 있는 에너지와 자원량이 감소된다. 우리가 자원을 유용한 형태에서 변형시키면 보다 덜 유용한 물질 또는 폐기물이 되어 지구환경으로 되돌아간다. 이와 같은 “열역학의 법칙”이 환경이나 지속가능성에 주는 의미는 다음과 같다. 첫째는 인류의 기술이 아무리 발전하더라도 지구상의 에너지나 자원을 새롭게 창조할 수는 없다. 따라서 인간이 활용할 수 있는 지구상의 자연자원의 양에는 일정한 한계가 있을 수밖에 없으며, 양적인 팽창에만 몰두하는 현재의 경제활동 모습은 필연적으로 한계에 봉착할 수밖에 없다. 둘째는 지구상의 자연자원을 이용하면 폐열과 폐기물 등 우리가 원하지 않는 부산물이 필연적으로 발생하는데 이것을 인간이 궁극적으로 처분하지는 못하고 지구의 다른 곳으로 이전하거나 다른 형태로 저장 처리할 수밖에 없다. 따라서 엔트로피는 지속적으로 증가하게 되므로, 인류는 엔트로피의 증가를 최소화하도록 노력하여야 한다. 셋째는 우리가 자원을 이용할 경우 그 자원의 이용가능성은 적어지기 때문에 폐쇄체계일 경우 그 체계는 엔트로피가 평행상태에 이르면 파멸할 수 있다. 엔트로피를 저감시키는 특별한 기술이나 노력이 없이는 자원이 지속적으로 투입되는 체계는 궁극적으로 그 한계에 이르게 된다. 폐기물을 줄이고, 에너지 소비절감을 실천하는 것이 지구의 엔트로피 증가를 저감함으로써 우리와 우리 후손의 삶이 조속될 수 있도록 기여하는 것이라는 점을 우리 모두 명심해야할 것이다. </tr></td></table>