열역학 법칙

개요

열역학에서 확인된 절대로 깨질 수 없는 네 가지 법칙을 의미한다.

만일 이 법칙 중 하나라도 위배되는 상황이 발생할 경우, 현대물리학은 뒤집어지며 모든 이론들을 새로 써야 할 것이다.

열역학 제0법칙

어떤 계의 물체 A,B가 열적 평형상태에 있고, B,C가 열적 평형상태에 있으면, A,C도 열적 평형상태에 있다.

마치 집합론에서 추이관계를 보는 것 같다.

1법칙, 2법칙, 3법칙이 만들어지고 난 후에 만들어졌다. 4법칙까지 가기엔 숫자가 더러워진다고 생각한 건지, 아니면 뉴턴 법칙처럼 딱 세 개만 만들고 싶었는지는 몰라도 0법칙으로 이름지어졌다.

열역학 제1법칙

에너지 보존 법칙의 열역학판이다. 계에 열을 가해주면 그 열로 계에 존재하는 원자들은 더 빠르게 움직이거나, 아니면 그 에너지로 외부에 일을 해준다.

열역학 제2법칙

엔트로피 법칙. 고립계의 엔트로피는 무슨 일이 있어도 감소하지 않는다. 우주를 고립계라 상정하면 전 우주의 엔트로피 변화량은 항상 0보다 커야한다.

열역학 제3법칙

절대영도에서 엔트로피는 상수가 된다.

절대영도는 이론적으로 모든 원자의 에너지가 0이 되는 온도를 말한다. 0 켈빈이라고도 부른다.

다시 말해서 온도는 절대로 0 켈빈에 도달할 수 없다.

열역학 제3법칙이 성립하는 이유는 하이젠베르크의 불확정성 원리 때문이다. 불확정성 원리에 따르면, 어떤 대상을 관찰할 때 그 물체의 위치와 운동량을 정확하게 동시에 측정할 수 없다. 이를 응용하면 물체의 에너지와 시간의 불확정성이 디랙 상수보다 작아질 수 없다는 결론을 얻는다. 이는 물체의 내부에너지가 절대로 0이 될 수 없음을 의미한다. 절대영도에서 엔트로피가 상수가 되면 물체의 내부에너지는 0이 되므로 모순이 생겨버린다.

발터 네른스트가 이 이론을 만들었기 때문에 네른스트 정리라고도 부른다.

열역학 제4법칙

온사게르 상반정리

열역학 법칙이 이 이상은 없으리라고 여겨졌던 즈음, 1931년에 대뜸 들어온 이론이다. 온사게르라는 양반이 정립했다.