1. 엔탈피(enthalpy)

 

H = U + PV

엔탈피는 에너지 개념입니다. 단위역시 에너지의 단위인 J(줄) 이나 kJ로 나타난다.

어떤 물질이 있으면, 그 안에 수많은 원자들이 결합되어 있다. 그 각 원자 혹은 분자들이 움직이고 있고,
그 하나하나의 운동에너지의 총합, 또 각각 전기력으로 결합되어 있고, 그 결합에너지들의 합 등등..한
물체내의 모든 에너지의 총합을 그 물체의 내부에너지라 한다.

 

내부에너지의 경우, 부피가 일정한경우 온도를 증가시켜주면 가해준 열만큼 내부에너지가 증가한다.
즉 '가해준열량 = 늘어난 내부에너지' 의 공식이 성립합니다. 단 부피가 일정해야한다는 조건이 있죠.

하지만, 우리가 사는 실제현실에서는 부피가 일정한 경우보다는 압력이 일정한 경우가 더 많겠죠.
대기압은 언제나 1기압으로 일정하기 때문에 그래서 도입된게 엔탈피입니다.

 

엔탈피 역시 내부에너지와 비슷한 그 물체가 갖고있는 에너지의 개념이지만, 엔탈피의 경우에는 일정한

압력하에서 '가해준 열량 = 늘어난 엔탈피' 라는 공식이 성립합니다. 즉 내부에너지보다 엔탈피가 얼마나

증가했는지 감소했는지 측정하기가 더 쉽다는 말입니다.

 

압력은 대기압으로 고정되어 있을 때 가해준 열량만 계산하면 되기 때문입니다. 내부에너지를 계산하려면,
부피를 고정시킨다는건 어려운 일이니까.

2. 엔트로피(Entropy)

 

엔트로피(Entropy) = 에너지(Energy) + 변환(Tropy)

1865년 R.E.클라우지우스가 변화를 뜻하는 그리스어 τροπη에서 이 물리량을 엔트로피라 이름하였다.

 

이론적으로는 물질계가 흡수하는 열량 dQ와 절대온도 T와의 비 dS=dQ/T로 정의한다. 여기서 dS는 물질

계가 열을 흡수하는 동안의 엔트로피 변화량이다.

 

열기관의 효율을 이론적으로 계산하는 이상기관의 경우는 모든 과정이 가역과정이므로 엔트로피는

일정하게 유지된다.

 

일반적으로 현상이 비가역과정인 자연적 과정을 따르는 경우에는 이 양이 증가하고, 자연적 과정에

역행하는 경우에는 감소하는 성질이 있다. 그러므로 자연현상의 변화가 자연적 방향을 따라 발생하는가를

나타내는 척도이다.

 

대부분 자연현상의 변화는 어떤 일정한 방향으로만 진행한다. 즉, 자연현상의 변화는 물질계의 엔트로피가

증가하는 방향으로 진행한다. 이것을 엔트로피 증가의 법칙이라고 한다.

 

예를 들면, 온도차가 있는 어떤 2개의 물체를 접촉시켰을 때, 열 q가 고온부에서 저온부로 흐른다고 하면
고온부(온도 T1)의 엔트로피는 q/T1만큼 감소하고, 저온부(온도 T2)의 엔트로피는 q/T2만큼 증가하므로,
전체의 엔트로피는 이 변화를 통하여 증가한다. 역으로 저온부에서 고온부로 열이 이동하는 자연현상에
역행하는 과정, 예를 들면 냉동기의 저온부에서 열을 빼앗아 고온부로 방출하는 과정에서 국부적으로
엔트로피가 감소하지만, 여기에는 냉동기를 작동시키는 모터 내에서 전류가 열로 바뀐다는 자연적 과정이
필연적으로 동반하므로 전체로서는 엔트로피가 증가한다.

 

때때로 자연현상은 국부적으로 엔트로피가 감소하는 비자연적 변화를 따르는 것도 있지만, 그것에 관계되는
물질계 전체를 다루어 보면, 항상 엔트로피를 증가시키는 방향으로 현상이 변화한다. 이 이론은 자연현상이
일어나는 방향을 정하는 것으로서, 에너지보존법칙과 함께 열역학의 기본법칙으로서 중요하다.

 

이상기체에서 엔트로피가 증가하지 않는 것은 가역변화라고 하는 비현실적인 변화를 가정하고 있기 때문

이다.

 

엔트로피는 물질계의 열적 상태로부터 정해진 양으로서, 통계역학의 입장에서 보면 열역학적인 확률을

나타내는 양이다. 엔트로피 증가의 원리는 분자운동이 확률이 적은 질서 있는 상태로부터 확률이 큰

무질서한 상태로 이동해 가는 자연현상으로 해석한다. 예를 들면, 마찰에 의해 열이 발생하는 것은 역학적

운동(분자의 질서 있는 운동)이 열운동(무질서한 분자운동)으로 변하는 과정이다. 그 반대의 과정은

무질서에서 질서로 옮겨가는 과정이며, 이것은 자발적으로 일어나지 않는다.

 

일반적으로 열역학적 확률의 최대값은 온도가 균일한 열평형상태에 대응하는 것이다. 고찰하고 있는

물질계가 다른 에너지 출입이 없는 고립계인 경우에는 늦던 빠르던 전체가 열평형에 도달하여 모든

열과정이 정지하는 것이라고 생각된다.