[RE] bluebirch ㅎㅎㅎ [2005/02/25]

[주남식]

웃음으로 얼버무릴 일이 아닙니다.

공기엔진은 가능하거나 불가능하거나 둘 중의 하나일 수 밖에 없습니다.

신효섭님께서는

"님의 공기엔진은 "실제기체"이기 때문에 가능한 엔진입니다. "(2005년2월25일의 메일내용 )

"님의 발명품은 2종 영기기관 맞습니다."(2005년2월15일의 메일내용 )

"님의 공기엔진이 설령 실용적인 가치를 가지게 되더라도 열역학 2법칙은 모순되지 않습니다."(2005년2월14일의 메일내용 )

"아주 균일한 3K 온도에서는 만일 공기엔진이 작동한다면 열역학2법칙도 문제가 발견되는 것이고, (이론적으로)영구기관이 탄생하게 된 겁니다." (2005년2월1일의 열역학 및 통계역학 게시판 1번글)

라고 서로 모순된 말씀들을 하셨습니다.

신효섭님의 말씀 자체도 앞뒤가 맞지 않는데 무슨 하실 이야기가 더 남아 있습니까?

신효섭님은 자신이 무엇을 하고 있는지조차 모르고 계십니다.

PS:

혹시 신효섭님께서는 열역학책을 출판하시거나 논문을 발표하신 적이 있는가요?

인터넷에서 심효섭님의 자료를 찾을 수 있는지요?

저도 찾아 보겠지만 소개할 만한 것이 있으면 알려 주시기 바랍니다.

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http://user.chollian.net/~dongsw/text-physics/chap4-5.htm

2. 제 2 종 영구기관

저열원에서 열을 얻어 움직이는 기관 또는 공급

받은 열을 모두 일로 바꾸는 가상적 기관을 말

하며 이것은 열역학 제 2법칙에 위배되므로

제작 불가능하다.

마지막 글입니다.
번호: 1	글쓴이: bluebirch	조회: 53	날짜: 2005/02/19 00:13

카르노 기관에는 열원이 두가지 있습니다.
고온의 열원과 저온의 열원입니다. 그리고 이 열원은 그에 해당하는 열을 열기관에 전달할 수
있습니다.

1>등온팽창과정에서 기관은 열원으로부터 일을 얻습니다.
2>그리고 단열팽창을 하게 되는데 이 과정에서도 계속 외부에 일을 하면서 온도는 내려갑니다.
3>온도가 더 내려가게 내버려 두지 말고 임의의 저온열원에 열기관을 갖다놓고 등온압축하면서
저온열원에 에너지를 방출합니다. 이때는 외부로부터 일을 받습니다.
4>단열 압축으로 열기관은 열기관의 처음 상태로 돌아갑니다.

카르노 행정은 준정적으로 일어나고 자유팽창이나 열전도, 열복사, 마찰 등의 형태로 쓸 수
없는 열로 없어져 버리는 일이 없습니다. 그래서 이상적인 카르노 기관보다 더 큰 일을 외부에 얻어낼 수없습니다.

단일열원 열기관이 불가능한 이유:

단일열원기관은 위에 설명된 단계에서 2>까지만 가능합니다. 

사실 실제 난로 위에다 손바닥 만한 피스톤을 갖다 놓으면 식으면서 일을 합니다.

그리고 식은 후 다시 난로 위에 갖다 놓으면 에너지를 얻고 다시 식으면서 외부에 일을

하게 만들 수 있습니다. 사실 이 과정은 단일열원 기관이 아닙니다. 왜냐면 이미 식으면서

외부에 에너지를 주게 되므로 저온열원이 있는것이 되니말입니다. 
그러므로 이런 외부에 열을 주게 되는 과정이 없으면 외부에 일정량의 일을 하게 되지만, 이 경우 외부에서 더 그에 상응하는 일을 해주지 않으면 원래상태로 돌아올 수 없어 원래 상태로 돌아오게 되면 총일이 0(또느 그이상)이 됩니다. 더 이상 일을 할 수 없으므로, 열기관으로 성립할 수 없습니다.
한가지 코멘트를 달자면,  열기관에서 1>과정에서 엔트로피(delQ1/T1)는 증가합니다. 그런데 왜 카르노기관을 가역과정이라 부를까요? 그것은 저온의 열원을 이용한 3>을 통해 같은 양의 엔트로피(delQ2/T2)를 감소시키기 때문입니다.
어떤 열기관이든 기 열기관의 싸이클이 끝났을때 엔트로피 총 변화로 주어진 열기관이 가역기관인지 아닌지 판단내립니다.

또한 카르노기관은 pv 다이어그램에서 4>를 통해 첨 상태로 돌아갔다는것 자체가 가역성을 설명해
줍니다. 엔트로피는 상태함수기 때문입니다.

공기엔진에서 각 상태를 검토해 봅시다.

공기엔진의 핵심이유는 거칠게 말해 2>단계에서 공기가 액화되면서 카르노기관보다 훨씬 큰 에너지를 얻고 일로 바꾼다는 것입니다. 이때 Q1의
에너지를 공기(열원)로 부터 얻는다면 그보다 약간 작은 W1(<Q1)의 일을 외부에 하게 됩니다.
이 과정은 비가역적(액화로인함)입니다. 즉 열원의 에너지에 의해 어떤 형식으로든 이 비가역성을 넘어서는 에너지를 못 받는다면 엔진은 원래 단계로 돌아갈 수 없습니다.
훨씬 큰 에너지를 공기가 잃은 것에 대한 보상이 주어져야합니다. (외부공기를 흡입하던 기존의 공기를 데우던 물리적으로 다를 바 없는 상황입니다)
 

즉 기체가 에너지를 얻어 원래 상태로 돌아가려면 Q1의 에너지를 얻어야 원래 상태로 돌아갈 수 있습니다.

즉 열원에 의한 지속적인 에너지 투입이 있어야 한다는 말입니다. 이때 일로 쓰인
에너지도 언젠가는 기체를 데우는데 쓰이게 됩니다. 하지만 누구나 예상할 수 있듯이 모든
에너지가 기체를 데우는데 쓰일 수 없고 우주 공간으로 날아갑니다.

결국 공기엔진은 지열이나 태양 에너지...어떤 형식으로든 외부의 열원을 필요로합니다.
하지만 그 열원은 무한하지 않기 때문에   그 에너지를 우주에 대부분 전자기적 형식으로
배출하게 됩니다. 이런 과정은 계속 일어나고 결국 우주는 열적평형상태(열적 죽음)에 이르게 됩니다.

이 과정을 단순화시켜 이해하기 쉽게 설명해 보겠습니다.
즉 유한하지만 큰 스케일의 물리량들을 아주 작은 양으로 바꿔 상황이 어떻게 일어나는지
보는 겁니다. 열원은 태양이라고 합시다.

우주의 크기-->태양계 크기
수많은 별들-->태양과 지구만 존재
태양의 총 에너지-->10J
태양의 수명 -->1초이고 10줄 모두 지구의 공기를 데우는데 쓰고 사라짐
지구의 태초 에너지-->0J
지구의 공기양-->2MOLE
공기 1몰 기화에 필요한 에너지 -->5j
공기엔진이 한번에 쓰는 공기양---> 1mole
1싸이클동안 걸리는 시간 -->1초

싸이클> 태초에 지구에 있던 0도의 물은 태양이 반짝하면서 1초만에 2몰이 기화되고
 1몰이실린더 안에 바로 들어옵니다.
그리고 5줄의 에너지가 모두 액화되면서 4가 일로 쓰이고 1은 우주공간으로 날아갑니다.
그리고 다음 1초후에 1몰이 실린더 안에 들어오고 1초만에 4를 일로 바꾸고 1은 우주 공간으로날려 보냅니다. 이제 태양은 죽었고 우주의 총에너지인 10줄 중에 8줄은 일로 바뀌어 무언가를 했고, 2줄은 우주 공간에 골고루 퍼집니다. 그리고 나머지 8줄도 나중에 모두 열로 바뀌어 우주로날아갑니다. 이 8은 공기에너지를 원래데로 돌려놓을 수 없으므로 공기엔진을 계속 가동시켜도 얼마 안 가 작동을 멈추게 됩니다.

우주의 총에너지는 여전히 10이군요. 그런데 공기엔진이 계속 돌아가려면 이 10줄의 에너지가 액화된 공기를 기화시키는데 모두 쓰여야 합니다. 이게 가능함을 보이면 엔트로피의 감소를 보인겁니다.

실제 우주가 열평형 상태에 이르면(우주가 더 팽창하지 않는다고 가정하면)대략 3K(보다는 좀 높게 되겠지만)의 극저온 상태가 됩니다. 아주 균일한 3K 온도에서는 만일 공기엔진이 작동한다면 열역학2법칙도 문제가 발견되는 것이고, (이론적으로)영구기관이 탄생하게 된 겁니다. 여기서이론적이라고 말한 이유는 공기엔진 자체가 사용되다보면 낡아 못쓰게 되기에 실제 영구기관일 순없기 때문입니다.

지금까지의 논리를 이해못하면 다음 논쟁으로 넘어갈 수 없습니다.
답글 절대 달지 마십시오. 주남식님과의 논쟁은 직접만나서 하거나 전화로 하거나...채팅으로
할 것입니다. 주남식님은 제대로 논리적으로 정리된 글을 쓰지 못하시기 때문입니다. 최소한 시도조차 하지 않기 때문입니다. 더 이상 이런 글 쓰는데 시간낭비 안하고 싶습니다.

공개적인 게시판에서의 토론에서조차도 이렇게 근거없고 비논리적인 주장을 하시는데
번호: 40	글쓴이: 주남식	조회: 7	날짜: 2005/02/26 09:17

채팅이나 전화에서의 비논리적인 주장까지 들어야 할 필요성을 아직 느끼지 못하고 있습니다.

우리가 토론하는 내용이 무슨 극비사항이라도 되는지요?

옳고 그름을 따지는 토론에서 '아직 정리되지도 않은 내용'을 토대로 무슨 이야기를 하겠다는 것입니까?

잘 "정리"하셔서 그 내용을 여기에 올리신 후에 토론을 계속합시다.

새로운 주장도 없고 정리되지도 않은 이야기를 들어야 할 필요성을 저는 느끼지 못하겠습니다.

새롭게 '정리'만 되어도 교과서는 그 정리된 내용을 실어야 하니까 바뀝니다.

bluebirch

교과서 안 바뀝니다. 걱정 마십시오. 가장 가까운 예로 식물의 광합성 역시"원리상"단일열원을 이용하는데 다가 공기엔진처럼"근본적"으로는 전기력에의한 결합에 의존해 에너지를 얻는 장치입니다. 그런데 어떤 이론가도 식물을 보고 열역학법칙을 문제삼지 않습니다. 이미 60년전 슈뢰딩거가 지적한 사항입니다

[2005/02/23]

라는 신효섭님의 글과 아래의 꼬리글은 앞뒤조차도 맞지 않습니다.

만보양보하더라도 제2종영구기관인 공기엔진이 돌아가면

경험법칙이라고 불리워지는 열역학제2법칙의 타당성의 근거가 되는 '제2종영구기관의 불가능성'이 강조된 교과서의 내용은 바뀌지 않을 수 없습니다.

신효섭님께서 공부하시는 교과서에는 열역학제2법칙과 제2종영구기관에 관한 아래의 내용이 들어 있지 않는가요?

열역학제2법칙

http://user.chollian.net/~dongsw/text-physics/chap4-5.htm

열역학 제 2법칙은 다음과 같이 여러 가지로 표현되나, 그 내용은 궁극적으로 같다.

① 클라우지우스의 표현

열은 고온의 물체에서 저온으로 물체쪽으로 흘러가고 스스로 저온에서 고온으로 흐르지 않는다.

② 켈빈-플랑크의 표현

일정한 온도의 물체로부터 열을 빼앗아 이것을 모두 일로 바꾸는 순환 과정(장치)은 존재하지 않는다.

③ 제 2종 영구 기관은 존재하지 않는다.

④ 고립된 계의 비가역 변화는 엔트로피가 증가하는 방향으로 진행한다.

2. 제 2 종 영구기관

저열원에서 열을 얻어 움직이는 기관 또는 공급

받은 열을 모두 일로 바꾸는 가상적 기관을 말

하며 이것은 열역학 제 2법칙에 위배되므로 제

작 불가능하다.

	bluebirch	님과 글로 토론하기 싫습니다. 토론하고 싶으면 제가 지난번에 올린 글을 제대로 이해하고 제게 메일로 토론 요청을 하십시오. 그리고 어떤 방식으로든 채팅을 이용합시다. 코멘트하자면 제 말은 새로운 열역학2법칙이 필요한게 아니라. 물리적 상황이 바뀐만큼 새롭게 "정리"를 해야 한다는 겁니다.	[2005/02/24]
	bluebirch	다시말하면2법칙의 내용은 하나도 안바뀝니다.단 "이상기체"에 대해 정리된 일반론적인 정리를 "실제기체" 에 대해 다시 정리해야 한다는 거죠.이 경우는 이상기체가 아니고 가역과정도 아니므로 카르노기관은 완전히 의미를 잃게 되죠.이 경우의 정확한 정리는 통계물리적 방법을 거쳐야 합니다.하지만 제가 저번에 정리한	[2005/02/24]
	bluebirch	글에도 충분히 원리적인 설명은 되어 있습니다. 읽어보시길... 님이 답글을 다니 계속 답글을 보게 되네요...다시 강조하지만, 채팅으로 하는 방법을 모색해봅시다. 그리고 제가 바쁜 관계로 미리 메일을 주시면 제가 채팅시간을 잡겠습니다.	[2005/02/24]

bluebirch

ㅎㅎㅎ

[2005/02/25]

[bluebirch]

제 글이 혼란스럽게 느껴지신다면 그것은 주남식님께서 제 글의 의도를 잘못파악하셨기 때문입니다. 제 글은 공기엔진에서 엔트로피변화의 총량이 결국 증가한다는 것을 보인 것입니다. 엔트로피가 결국 증가했음을 보였다면, 그리고 주남식님이 반박하지 못하셨다면,그것으로 논쟁은 끝이 아닌지요

[bluebirch]

다시 한번(제 기억에만도 5번째코멘트)코멘트하자면, 보통 교과서에서 다루는 열역학의 에너지는 "역학적mechanical"에너지에 한정해서 정리된 내용입니다. 증명도, 정의도 모두 이상기체의 역학적인 면들만을 고려해서 정리된 것입니다. 즉...

[bluebirch]

이상기체를 가정하는 이유는 단순히 "간단함"때문입니다. 실제 자연의 문제를 다룰때는 이 역학적 에너지 말고도 전자기적 에너지도 고려해 넣어야 합니다. 실제로 이 전자기적 에너지까지 고려에 넣을 경우 자연세계의 대부분의 시스템이 "이상적인" 단순화를 거친 교과서 내용과 같을 수가 없습니다.

[bluebirch]

광합성의 예를 들어볼까요? 광합성을 에너지론적으로 단순하게 서술해 보겠습니다. 광합성은 태양으로부터 에너지를 얻어 식물내부의 화학적 자유에너지를 증가시킵니다. 그리고 전자친화력이 강한 산소분자에 전자를 넘겨주면서, 에너지를 얻는데. 이 에너지로 이중막을 경계로 수소이온의 농도 차이를 주고

[bluebirch]

농도의 gradient에 비례하는 ATP등을 만들어 내게 됩니다. 여기서 태양은 단일열원입니다. 즉 태양은 그냥 일정한 에너지를 주고 식물은 이 에너지를 받아서 전기력을 이용해 유용한에너지를 만들어냅니다. 식물의 경우역시 하나의 열원으로 충분합니다

[bluebirch]

이 외에 실제시스템에서 일어나는 단일열원 에너지발생장치는 얼마든지 있고, 또 상상해서 만들어낼 수도 있습니다. 그럼 열역학이 모순인가요? 아닙니다. 이미 열역학은 "역학적"에너지만을 전제했고, "역학적"에너지만을 고려한다면 모순이 없습니다.하지만 이는 이해를 돕기 위한 교과서의 단순화전략일 뿐입니다.

[bluebirch]

실제시스템을(i.e.전기력고려한시스템) 보면 저의 이전글에서 설명되어 있듯이 쓸 수 없는 에너지가 계속 생겨나게 되고. 이 일은 열평형상태까지 계속되게 됩니다.

[bluebirch]

즉 특별한 열원인 태양의 존재가 전제하에 공기엔진은 가능할 뿐입니다.

[bluebirch]

즉 사실 공기엔진이고 식물이고 일을 얻어내는 방법은 우주의 "비평형"상태에 근거해 있고, 그 사이에서 틈새시장을 노려 국부적으로 엔트로피를 감소시키는 장치입니다. 그래서 이 우주가 진정 "평형"상태에 이르게 되었을때(3k) 일을 얻어낼 수 있다면, 2법칙모순임다/

[bluebirch]

그런데 3k에선 광합성도, 공기엔진도 (지금까지 우리가 만든 어떤 것도)불가능합니다. 그래서 전에 "그럼 그 수소엔진"을 논해볼까요?라고 했던 것입니다.

[bluebirch]

전 님이 제 글을 읽으실 것은 확신합니다. 하지만 또 이해하지 못할 것도 확신합니다. 그리고 또 쌩뚱맞은 딴지를 걸며 답글을 다실 것도 확신합니다....화가나서 답글을 안달싶었는데...또 달고 말았네요...