분리

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열역학사에서 분리는 1862년 루돌프 클로시우스에 의해 신체의 분자가 서로 분리되는 정도의 크기로 정의되었다.^[1]이 용어는 프랑스 물리학자 사디 카르노의 1824년 논문 '불의 동력에 관한 연구'에서 엔진 사이클의 '작동 물질'(열역학 계통의 일부분)의 '변환', 즉 '집합의 모드'를 특징으로 한 특정 구절을 본떠서 만든 용어인데, 이는 클라우시우스가 만든 단어 '엔트로피'의 개념의 전구였다.n 1865. 루드비히 볼츠만의 1870년대 엔트로피 이론의 선구자로서, 물질의 미세한 성분들의 움직임의 다양성을 나타내는 것으로서, '질서'와 '분열'이라는 용어로 설명되어 있고, 구겐하임의 1949년 에너지 분산 개념의 전구체였다.'분리'와 '분리'라는 말은 의미에 가깝다.

Closius (1862)는 다음과 같이 정의된 문자 Z로 분리의 양을 표시했다.

${\displaystyle dZ={\frac {dQ+dH}{T}},}$

여기서 Q는 열이고, H는 엔탈피, T는 온도다.^[2]

개요

1824년 프랑스의 물리학자 사디 카르노는 물질과 마찬가지로 열은 양적으로 감소할 수 없으며 증가시킬 수 없다고 추정했다.구체적으로 그는 완전한 엔진 사이클에서 '몸이 어떤 변화를 경험했을 때, 그리고 일정 수의 변환 후 정확히 원래의 상태로 되돌아갈 때, 즉 밀도와 온도, 집적 모드에 관해서 고려된 상태로 되돌아간다고 가정해 보자, 이 몸은 서로 모순되는 것으로 발견된다'고 말한다.처음에 그것이 함유한 열량과 같은 양이며, 또는 이러한 다른 변형에서 흡수되거나 자유롭게 설정된 열의 양이 정확히 보상되는 것이다.'나아가 그는 '이 사실은 한번도 문제 삼은 적이 없다' '이 사실을 부인하는 것은 그것이 기초가 되는 열 이론 전체를 전복시킬 것이다'라고 말한다.클라우시우스가 15년 동안 고민하며 보낸 이 유명한 문장은 열역학학의 시작을 알리고 열이 전달되는 에너지의 한 종류인 구식 칼로리 이론에서 새로운 운동 이론으로의 느린 전환을 알리는 신호다.

1862년, 클라우시우스는 현재 엔트로피 또는 불가역성과 관련된 에너지 효과를 열역학 사이클에서 "변형의 등가치"로 정의했다.그러면 Closius는 "반복 가능한"(이상적인) 프로세스와 "반복 불가능한"(실제적인) 프로세스의 차이를 나타낸다.

주기적 과정이 되돌릴 수 있는 경우, 거기서 발생하는 변환은 부분적으로 양수, 일부는 음수여야 하며, 양수 변환의 동등성-값은 음수 변환의 값과 같아야 모든 등가-값의 대수적 합이 0과 같아야 한다.순환 과정이 되돌릴 수 없는 경우, 양변환과 음변환에 대한 동등성 값은 반드시 동일하지는 않지만, 양변환이 우세할 정도로만 차이가 날 수 있다.

변환의 동등성 값

그런 다음 그는 "변형의 동등성-값을 존중하는 주의" 또는 현재 열역학 제2법칙으로 알려진 것을 다음과 같이 진술한다.

정량적으로 클로시우스는 이 정리에 대한 수학적 표현은 다음과 같다고 말한다.dQ는 그 자체의 변화 동안에 신체가 어떤 열 저장소에 내주는 열원소, 여기서 음으로 간주되는 저장소에서 흡수할 수 있는 열, 그리고 T 이 열을 포기하는 순간 신체의 절대온도, 다음 방정식이 되도록 하자.

${\디스플레이 스타일 \int {\frac {dQ}{T}}=0}$

모든 가역성 순환 프로세스에 대해 참이어야 하며, 관계:

${\디스플레이 스타일 \int {\frac {dQ}{T}\geq 0}$

가능한 모든 순환 과정을 위해 유효해야 한다.

언어적 정당성

그러자 클라우시우스는 "이 정리의 필요성은 위에서 인용한 근본적인 명제에서 출발한다면 엄격한 수학적 증거를 인정하지만, 그럼에도 불구하고 그것은 추상적인 형태를 유지하는데, 그 형태는 정신에 의해 수용되기 어려우며 우리는 느낀다"고 진술함으로써 이 법칙의 정신 이해에 내재된 어려움을 지적한다.정확한 물리적 원인을 추구하도록 강요받았고, 그 중 이 정리는 결과물이다."클라우시우스에 따르면 이 법칙의 정당성은 다음과 같은 주장에 근거한다.

이것에 대해 자세히 설명하자면, 열이 기계적인 작업을 수행할 수 있는 모든 경우에, 이러한 과정은 항상 "몸의 구성 부분 배열의 어떤 식으로든 변화"로 축소되는 것을 인정한다고 말한다.이를 예시하기 위해 클로스리우스는 신체의 상태 변화, 즉 고체, 액체, 기체에 대한 논의로 이동한다.예를 들어, 그는 "몸이 열에 의해 팽창될 때, 그들의 분자는 서로 분리된다: 이 경우, 한쪽은 분자의 상호적인 매력, 다른 한쪽은 외부 반대 세력, 즉 그러한 힘이 작용하는 한, 극복되어야 한다.다시 말하지만, 신체의 집적 상태는 열에 의해 변화되고, 고체 신체는 액체로 만들어지며, 고체 신체와 액체 신체는 모두 비행체로 만들어진다. 여기서도 마찬가지로 내부 힘, 그리고 일반적으로 외부 힘도 극복되어야 한다.

용어의 정의

그리고 나서 클로스리우스는 계속해서 "분리"라는 용어를 도입한다.

처음 언급된 경우에서 분자의 배열이 변경된다.신체가 동일한 집적 상태에 머물러 있는 경우에도, 그 분자는 다양한 위치에서 고정된 상태를 유지하지 못하지만, 지속적으로 더 적은 운동 상태에 있기 때문에, 우리는 특정 시간에 분자의 배열을 말할 때, 분자가 고정되는 것으로부터 야기되는 배열을 이해할 수 있다.ed는 문제의 순간에 그들이 점유하는 실제 위치에서, 또는 우리는 각 분자가 그것의 평균 위치를 차지하는 그러한 배열을 가정할 수 있다.이제 열의 영향은 항상 분자들 사이의 연결을 느슨하게 하는 경향이 있고, 그래서 서로 간의 평균 거리를 증가시킨다.이것을 수학적으로 대표할 수 있도록, 우리는 신체의 분자가 서로 분리되는 정도를 표현하고, 이를 신체의 분리라고 부를 것이며, 열의 영향을 단순히 분리를 증가시키는 것으로 정의할 수 있다.이 정도 규모의 확실한 측정이 나올 수 있는 방법은 후속편에서 나올 것이다.

빙하 용해

그런 다음 클로스리우스는 오늘날까지 거의 모든 화학책에서 사용되는 고전적인 예인 얼음이 녹는 예를 논하고, 우리가 어떻게 이 에너지적인 변화와 관련된 작업의 기계적인 등가물을 수학적으로 나타낼 수 있는지를 보여준다.

분자에 의해 서로에게 가해지는 힘은 그렇게 단순한 종류가 아니라 각각의 분자가 단지 한 점으로 대체될 수 있다; 많은 경우에 우리는 분자의 거리뿐만 아니라 그들의 상대적인 위치도 고려해야만 한다는 것을 쉽게 알 수 있다.예를 들어, 얼음이 녹는 것을 예로 들면, 분자에 의해 서로 작용하는 내부 힘이 극복되고 그에 따라 분자의 무게중심이 증가한다는 것은 의심의 여지가 없다. 그럼에도 불구하고 분자의 무게중심은 얼음에서와 같이 액체 물에서 서로 그렇게 멀리 떨어져 있지 않다.아니면 물은 둘의 밀도일 수도 있다.다시 한번, 0°C 이상으로 가열했을 때 수축 시 물의 특이한 행동은 액체 물에서와 마찬가지로 용해 지점의 인접 지역에서 분자의 평균 거리 증가를 동반하지 않는다는 것을 보여준다.

분리 측정

신체의 분자가 서로에게 행사하는 내부력의 직접적인 측정치를 얻기 어렵기 때문에, 클라우시우스는 지금 엔트로피라고 하는 것의 양적 측정치를 얻는 간접적인 방법은 내부력을 극복하기 위해 행해지는 작업을 계산하는 것이라고 말한다.

내부 세력의 경우, 따라서 측정하지 않고 수학적으로만 표현하기 위해 내부 세력의 경우, 그 규모에 대한 단순한 결정을 인정하는 적절한 표현을 찾는 것은 어려울 것이다.그러나 이러한 어려움은 힘 자체가 아니라 그 힘들을 극복하기 위해 필요한 기계적인 작업을 계산에 넣으면 사라진다.작업량에 대한 표현은 해당 힘에 대한 표현보다 간단하다. 작업량을 더 이상 2차 진술 없이 동일한 단위를 참조할 수 있는 숫자로 모두 표현할 수 있기 때문에, 동일한 단위를 함께 추가하거나 서로 뺄 수 있지만, 다양한 힘이 언급될 수 있다..

그러므로 힘 그 자체 대신에 그들을 극복하는 데 행한 일을 도입함으로써 위의 법칙의 형태를 바꾸는 것이 편리하다.이 형식에서는 다음과 같이 읽는다.

이 설명은 엔트로피 개념의 초기 공식화다.

참조