바라보기, 찾기, 비가역적이다

#바라보기, 찾기, 비가역적이다

비가역과정이란 열역학용어로, 가역적이지 않은 과정, 즉 이전상태에서 현재상태가 되었을 때 다시 이전상태로 돌아갈수 없는 경우를 말한다.


열역학은 물질의 변화 과정을 다루는 학문이고, 그 과정에서 여러 가지 물리량의 변화를 따진다. 열역학은 이상적인 과정을 따를 수도 있으나 실제적으로는 비이상적인 경로를 따른다. 이때의 경로를 열역학적 용어로 열역학 과정이라 정의하며, 열역학 과정에는 가역 과정과 비가역 과정이 있다.


가역과정(可逆過程, reversible process)은 엔트로피 생산(i.e. 에너지의 산일) 없이 계의 성질 일부에 무한소의 변화를 가함으로써 "되돌릴" 수 있는 과정이다.[1] 가역과정을 끝마치기 위해서는 무한대의 시간이 필요하기 때문에 완전한 가역과정은 불가능하다. 그러나 계가 가해진 변화보다 더 빠른 변화 반응을 진행 중이라면 가역성으로 인한 편차는 무시될 수 있다.[2]
모든 열역학적 과정은 가역과정과 비가역과정으로 나뉠 수 있다. 이상적인 열역학적 가역과정에서는 계가 하는 일 또는 계에 대한 일은 최대화되고 발생하는 열은 최소화된다. 그래도 열이 완전히 일로 전환되지는 못하고 언제나 어느 정도 주위 환경으로 방출된다.




피스톤을 어떤 부피에서 절반으로 압축시킨다고 생각하자. 이때 "무한소"만큼의 미소량의 질량을 가진 물체를 연속적으로 올려놓는다면 이 피스톤은 가역과정 상의 변화를 겪는다. 즉 가역과정은 연속적이고 이상적인 변화과정을 뜻하며 이 상태를 P-V 그래프로 도시하였을 때 경로를 하나의 연속적인 그래프로 표현할 수 있다. 그러나 미소량의 질량이라는 것은 단지 이론적인 것일 뿐이다.
실제로는 매우 작은 질량의 물체도 어느 정도의 질량을 가지고 있는 것은 사실이다. 이런 점을 감안해서, 약간의 질량을 가진 추를 피스톤위에 한개씩 올려놓는다고 생각하자. 그러면 피스톤은 추를 하나씩 올려놓을 때마다 "급격히" 상태가 변하게 된다. 즉 이는 연속적인 과정으로 이해될 수 없으며, 경로상에도 나타나지 않는다. 따라서 실생활에 문제는 모두 비가역적 문제이다.
상태함수의 성질을 이용하여 문제를 해결하거나
충분히 작은 비가역적 변화로 바꾸어 가역적 변화로 근사할 수 있도록 한다.





열역학(熱力學, thermodynamics)은 에너지, 열, 일, 엔트로피와 과정의 자발성을 다루는 물리학의 분야다. 통계 역학과 밀접한 관계를 가지며, 그로부터 수많은 열역학 관계식을 유도할 수 있다.


물질이나 에너지를 서로 교환하는 여러 물리계 사이의 열역학적 과정을 다룰 때, 고전 열역학은 그 과정이 완료되는 시간이나 그 과정이 얼마나 빨리 일어나는지에 대해서는 관심을 갖지 않는다. "열역학"이라는 용어 대신 평형 열역학이란 용어를 사용하며, 준정적 과정(quasi-static process)이라는 개념이 매우 중요하다. 준정적 과정은 "매우 천천히 변하여" 각 순간마다 "평형상태"로 간주할 수 있는 이상적인 과정을 말한다. 비평형 열역학(non-equilibrium thermodynamics)에서 시간에 따라 변화하는 열역학적 과정을 연구한다.
열역학 법칙은 매우 일반적인 법칙으로, 관찰하는 대상이나 물질 사이의 상호작용에 상관없이 항상 성립하는 법칙이다. 즉, 관찰하고자 하는 계와 이를 둘러싼 환경 사이에 에너지와 물질 교환이 평형을 이룬다는 사실만 확인되면 항상 적용할 수 있다. 이것에 대한 예로 20세기 초 알베르트 아인슈타인이 예측한 자발 방출(spontaneous emission)과 현재 연구 중인 블랙홀 열역학이 있다.