열역학 #9 가역과정, 비가역과정

열역학은 상태변화를 내포하는 학문이다. 실제론 비가역과정만이 존재하지만, 가역과정을 가정함으로써 열역학이란 학문은 발전해 왔다. 그 차이점을 알아보자 

 

열역학에서 어떤 계의 상태 변화가 미소 변화를 일으키며 진행되어, 계와 주변 환경에 아무런 변화를 일으키지 않고 원래대로 되돌아올 수 있는 변화 과정이다. 가역변화라고도 부른다 - 네이버-

 

즉 한방향으로 진행된 과정은 역으로 행해질때, 추가적인 비용이 들지 않는 과정을 의미한다.

 

가역과정에선 열역학적 상태가 항상 평형을 유지한다고 가정한다. 즉, 마찰, 난류, 교축등과 같은 에너지의 손실이 존재하지 않고, 상태변화하는 계 내부의 에너지는 완전보존된채 외부로 방출되었다가 다시 내부로 돌아올 수 있다는 의미이다.

 

하지만 실제론, 과정이 진행되는 도중에 계가 내포하고 있던 에너지의 일부는 주위로 흩어지게 된다. 이렇게 진행된 과정을 되돌리기 위해서는 흩어지게 된 에너지, 즉 주위로 방출된 에너지와 같은 크기의 에너지가 외부에서 보상해주어야 하며, 추가정직 열공급 혹은 일이 요구된다. 이러한 비가역적인 요소가 존재한다면 비가역 과정이다. 

 

이러한 가역과정을 가정하는 것이 중요한 이유는 현상 해석이 간단해지기 때문이다. 가역을 가정함으로써 과정이 진행되면서 발생한 열량, 에너지, 엔트로피의 계산이 간단해지면서 이론적인 효율을 도출하기 쉬워진다. 하지만 최근엔 외부로 방출되는 에너지를 최소화하기 위해 엑서지라는 이론이 등장하게 된다. 

 

엑서지는 간단하게 말하면 계 내부에서 일을 행할 수 있는 량을 의미한다. 

 

번외로 비가역과정은 엔트로피가 증가하는 것이며, 가역과정은 엔트로피가 0이냐고 많이들 생각한다. 하지만 엔트로피는 열역학적 상태량의 하나로, 시스템의 열역학적 상태에 의해 결정된다. 그렇다고 아예 무관한 것도 아니다. CYCLE이 가역과정일 경우 잃어버린 열량과 다시 흡수한 열량의 총합은 같기에 0이 되고, 비가역과정에서는 외부로 흩어지는 열량이 존재하기 때문에 항상 엔트로피 변화량은 항상 양수이다.