(4) 절대온도(K)와 온도간격( D )
절대온도(absolute temperature, 단위의 기호 : K,) 및 셀시우스 온도(degree Celsius, 단위의 기호 °C)는 강도(세기)성질이다.
온도 37°C(절대온도 310.15 K)인 물 2 kg과 온도 37°C인 물 3 kg을 합하여도 물의 온도는 역시 온도 37°C이다. 절대온도 302.9146 K(갈륨의 융점)에 절대온도 273.1600 K를 빼면 절대온도 29.7546 K (=-243.3954°C)가 되지 않고,(또 29.7546°C가 되지 않음), 온도간격(온도차이)이 29.7546 D로 된다. 이는 절대온도가 강도성질이기 때문이다. 강도성질은 더하기(또는 빼기)가 성립되지 않는다.
[절대온도 켈빈(단위: K) 또는 섭씨온도(단위: °C)로 온도간격(온도차이)을 표시할 수 없다.]
절대온도(K) - 절대온도(K) = 온도간격(온도차이, D, deg )
300(K) - 270(K) = 30 D
380(K) - 350(K) = 30 D
절대온도(K) - 절대온도(K) ≠ 절대온도(K, 켈빈)
300(K) - 270(K) ≠ 30 K
380(K) - 350(K) ≠ 30 K
300(K) + 297(K) ≠ 697(K, 켈빈)
길이 300 m에 길이 270 m를 빼면 30 m(300 -270 =30)가 된다. 용량성질(크기성질)인 길이는 더하기 및 빼기가 성립된다.
절대온도의 단위인 켈빈(K)은 [온도의 간격]에 대한 단위가 아니고, 강도성질(세기성질)인 [온도의 세기]를 나타내는 단위이다.
“온도간격(차이, temperature interval, difference)”에 대한 단위로써 도(degree interval, 단위의 기호 ; D)를 정의한다. 온도차이(간격)의 단위(D, deg)는 절대온도 0 K에서 1 K의 간격과 같다.
절대온도 300 K인 1몰의 헬륨을 절대온도 301 K로 상승시킬 때의 엔트로피 변화량과 절대온도 350 K인 1몰의 헬륨을 351 K로 상승시킬 때의 엔트로피 변화량은 다르나, 이 때 온도간격 1 D(deg) 상승에 따른 열용량(12.4717
)은 같다.
엔트로피 변화량의 단위는
이고, 비엔트로피 변화량(specific entropy change,
)의 단위는
이다.
비열용량(
,
)의 단위는
이고, 비엔트로피 변화량(
)의 단위
와는 다르고, 이를 구별하야 한다.
“엔트로피와 열용량의 단위는 같다.(위키 백과, 2006.4 )”라고 말하는 것은 오류이다.
비열용량(specific heat capacity,
,
)은 1몰의 특정한 물질을 온도간격 1 D(1 degree, 1 도) 상승시키는데 필요한 열에너지(heat)이다.
그림 1-1 세기성질과 용량성질(절대온도 및 시대)
온도간격에 비례하는 물리량은 온도간격에 대한 단위인 “온도간격(D, degree interval, 도)”을 사용하여야 한다. 온도간격에 비례하는 물리량으로, 열팽창계수(
), 열용량(
,
), 기체상수(
) 등이 있다.
국제단위계인 SI단위계에서 시간(time, 시의 간격)에 대한 단위는 초(second)이다. 시각(時刻)에 해당되는 영어의 용어 제정이 필요하다.
서기 1800년에 서기 1600년을 빼면, [서기 200년]이 되지 않는다. 이는 시의 간격(시간)이 200년인 것이다. 시각(時刻) 및 나이(age)도 시대의 단위와 같은 개념이고, 시의 간격의 단위는 아니다. 영어의 "time"은 시간 및 시대(時代, 예: ancient time)라는 의미도 가지고 있다. 해뜨는 시각, 출발시각, 세계시각(world time), 수업시각표, 항공시각표에서의 시각(時刻)과 소요시간의 시간(時間)은 계념이 다르다. 만일 [온도간격(온도차이)]에 대한 단위를 정의를 하지 않으면, 문장의 내용을 검토하여, [절대온도]의 의미인지, [온도간격]의 의미인가를 구별하여 인식하여야한다.
[시대] - [시대] = [시의 간격]
서기(AD.) - 서기(AD.) = 시의 간격
서기 1800(년) - 서기 1600(년) = 200년(시의 간격)
서기(AD.) - 서기(AD.) ≠ 서기(AD.)
서기 1800(년) - 서기 1600(년) ≠ 서기 200(년)
“온도간격의 단위도 K(켈빈)이다.”라고 말하는 것은 오류이다.
과거의 시간(시의 간격)과 미래의 시간(시의 간격)은 같은 것이나, 과거와 현재가 같은 역할을 하는 것은 아니다.(“…past and future act out symmetrical roles.") 과거의 시간 5초와 미래의 시간 5초는 같은 역할을 한다. 그러나 과거시대(예, 서기 1555년)와 미래시대(예, 서기 3555년)는 다르다. “time reversible”에서 “시의 간격”은 가역적이나, “시대”는 가역적이 아니다.
절대온도와 온도간격(temperature interval, difference)는 서로 개념이 완전히 다르다. 이는 마치 시간과 시대의 개념이 다른 것과 같다. 개념이 서로 다른 자연현상은 이를 나타내는 단위 또한 다르게 표현하여야 한다.
SI단위계에서 온도간격(단위의 기호 : D)에 대한 단위를 새로이 정의 하여야 할 것이다. 스톱와치는 시간(시의 간격)을 측정하는 장치이고, 시대(또는 시각)를 측정하는 것은 아니다.
온도간격(차이)을 정의 하지 않으면, 이는 영어의 “time"이 [시의 간격]의 의미인지, 시대의 의미인가를 문장의 내용으로 구별하여야 한다.
참고문헌 : 엔트로피와 헛늘기(허호장, 세종출판사)