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김성근

화학의 미스테리, CheMystery 1강 _에너지와 엔트로피: 세상은 무엇으로 굴러갈까?

강연 소개

이번 학기 시리즈 주제인 “화학: CheMystery”를 다루게 된 배경을 먼저 살펴본 후 “칠판 위의 화학”과 “실제 화학” 사이의 괴리가 무엇일까를 생각해본다. 무한개의 분자가 만들어내는 현상을 우리 머리 속에서는 단 몇 개의 분자로 이해해야 하기 때문이다. 다음으로 모든 화학적 변화를 수반하는 에너지와 엔트로피가 각각 안정과 혼돈을 표현하면서 이들 사이의 균형이 화학 평형과 반응을 관장한다는 사실을 살펴본다. 미시계에서는 가역적인 현상이 거시계에서 불가역적인 과정이 되는 이유를 볼츠만의 시각을 통해 바라보는 법을 배운다.       

“에너지는 다양한 얼굴을 지닌다. 그리고 가면을 벗듯 얼굴을 자꾸 바꾼다. 위치에너지에서 운동에너지로, 운동에너지에서 열에너지로, 열에너지에서 전기에너지로 바뀐다. 한 에너지 형태에서 다른 형태로 변할 때 마치 우리가 여러 나라를 여행하면서 여행경비를 각 나라에서 통용되는 화폐로 바꾸듯이 변환된다.”

“물에 잉크를 한 방울 떨어뜨리면 어떤 일이 벌어질까요? 잉크가 퍼져나갑니다. 그런데 왜 잉크가 퍼져나가는 것일까요? 에너지가 더 안정해지기 때문에 퍼져나가는 것일까요? 이 현상은 에너지와는 상관이 없습니다. 퍼져나가기 전이나 퍼져나간 뒤나 에너지에는 변화가 없습니다. 그것은 엔트로피, 즉 무질서도에 변화가 일어나기 때문입니다. 잉크가 퍼져나가는 것은 원래는 방울로 뭉쳐서 다소 질서 있는 상태를 유지하던 잉크가 물에 퍼져 나가면서 더 무질서한 상태로 바뀌기 때문입니다. 즉 엔트로피가 증가하는 방향이기 때문입니다. 간단히 요약하자면, 자연은 에너지가 안정화되는 것을 더 좋아하고, 질서는 파괴되는 것을 더 좋아하는 것처럼 보입니다.”

Date   2019-01-02
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