열과 엔트로피는 처음이지?

곽영직

서울대학교자연과학대학에서물리학을공부한후미국켄터키대학교대학원에서박사학위를받았다.수원대학교물리학과교수로재직하면서자연대학장,대학원장등을역임했으며,현재는명예교수로있다.『양자역학은처음이지?』,『상대성이론은처음이지?』,『지구와생명의역사는처음이지?』,『14살에시작하는처음천문학』,『14살에시작하는처음물리학』,『양자역학으로이해하는원자의세계』,『과학자의철학노트』등을썼고,『오리진:우주진화140억년』,『우주의기원빅뱅』,『힉스입자그리고그너머』,『BIGQUESTIONS118원소』등을번역했다.중학교『과학(금성출판사)』교과서와고등학교『물리Ⅰ(YBM)』교과서를비롯해서『전기와자기』,『쿤이들려주는과학혁명의구조이야기』,『왜땅으로떨어질까?』등어린이·청소년과학책의필자이기도하다.

작가의말ㆍ4

1장인류문명과불
평화의상징이된불ㆍ14
인류가불을사용하기시작하다ㆍ18토기를만들다ㆍ21
청동기시대ㆍ25철기시대ㆍ27현대문명의불,전기ㆍ30
열역학산책:인류에게불을전해준프로메테우스ㆍ33

2장물질과열
셀시우스와섭씨온도계ㆍ38
열운동과내부에너지ㆍ41불이란무엇일까?ㆍ45
온도의측정ㆍ49물질의상태변화와온도ㆍ54
열역학산책:우주공간의온도는어떻게측정할까?ㆍ61

3장열역학의태동
보일의『회의적인화학자』ㆍ64
열역학과통계물리학ㆍ67보일의법칙과샤를의법칙ㆍ69
열량과비열ㆍ74열적평형상태와열역학제0법칙ㆍ8
에너지의전달-대류,전도,복사ㆍ81
열역학산책:금속의자가왜나무의자보다더차가울까?ㆍ85

4장열기관의발달
헤론의구ㆍ88파팽의증기기관ㆍ91세이버리의진공기관ㆍ93
뉴커먼의증기기관ㆍ94와트의증기기관ㆍ96증기기관차의발달ㆍ101증기선의등장ㆍ104
열역학산책:레인힐기관차경주대회ㆍ107

5장열소설과운동설
물레방아와증기기관ㆍ112블랙과라부아지에의열소설ㆍ115럼퍼드의운동설ㆍ117
카르노와열기관의열효율ㆍ120카르노기관ㆍ125열효율의최댓값ㆍ128
열역학산책:우리말과영어의차이ㆍ133

6장에너지보존법칙
뉴턴역학과에너지ㆍ138에너지와동력,그리고일률ㆍ141
마이어와헬름홀츠의에너지보존법칙ㆍ143
줄의열의일당량실험ㆍ147에너지보존법칙ㆍ149에너지보존
법칙만으로는설명할수없는현상들ㆍ152
열역학산책:다양한형태의영구기관들ㆍ155

7장열역학제2법칙과엔트로피
애국심이강했던클라우지우스ㆍ160
열역학제1법칙과제2법칙ㆍ163엔트로피ㆍ169
엔트로피증가의법칙과열기관의열효율ㆍ175엔트로피를통해본세상ㆍ178
열역학산책:에너지를재생하는것이가능할까?ㆍ182

8장엔트로피의통계적해석
원자와분자는실제로존재하는가?ㆍ186
분자운동론적해석ㆍ190미시상태와거시상태ㆍ193
통계적엔트로피ㆍ199통계적엔트로피와열역학제2법칙ㆍ202
통계적엔트로피는실제로측정가능할까?ㆍ206
상태의변화와자유에너지ㆍ207우주와엔트로피ㆍ211
열역학산책:원숭이가책을쓰는것이가능할까?ㆍ213

9장열역학밖으로나간엔트로피
과학적엔트로피와인문학적엔트로피ㆍ218슈뢰딩거의『생명이란무엇인가?』ㆍ221
생명체와엔트로피ㆍ224제레미리프킨의『엔트로피』ㆍ226
시간과엔트로피ㆍ232경제발전과기술의진보ㆍ233교육과엔트로피ㆍ236
열역학산책:“공짜점심같은것은없다.”ㆍ239

|부록|통계적엔트로피를왜S=kBlogG로정의했을까?ㆍ242

열과엔트로피의물리개념을이해하는가장좋은방법!
우리가사는세상과우주의변화방향까지알려주는열과엔트로피의개념을
흥미로운스토리텔링과함께따라가보자.

이책은열에서엔트로피의탄생까지총9개의장으로이루어져있으면상각각의장은아래의세부분으로구성되어있다.

도입:주제와관련된핵심적역사내용으로문제를제기하면서호기심을유발
열을이야기하기위해처음1장에서불의발견이야기로시작하는장면부터가흥미롭다.결국열이라는개념이불의발견부터시작되기때문이다.또열은온도와관련이있으므로온도가무엇인지에대한질문을던지는(2장)장면부터호기심이유발된다.이렇게열에대한개념에눈을뜬사람들이기계에의해작동되는증기기관을발달시켜나가는(4장)장면은본격적인관심을끈다.그가운데도입된열소설(5장),에너지개념의등장으로발견된에너지보존법칙(6장),열역학제1,2법칙(7장)등은마치숨겨진비밀의베일이하나씩풀리는느낌이다.결국열기관의원리를과학적으로설명하려는노력에의해엔트로피가도입되는부분(8장),엔트로피가과학뿐만아니라우리가살아가는세상과도관계가있을거라는(9장)질문은엔트로피에대한호기심을유발하기에충분하다.

본문:핵심적인주제를밝히기위해전개된역사와과학적이론을스토리텔링,그림과함께소개
본문에서는각장의주제에대한과학적발견과정들을과학의역사,관련그림자료등과함께소개하여지루하지않게과학적사실에접근하게해준다.예를들어3장‘열역학의태동’에서는열현상을설명하기위해도입된열역학과통계물리학이어떤과정을거쳐확립하게되었는지를보일의법칙과샤를의법칙이등장하는과정을통해설명해준다.또4장‘열기관의발달’에서는증기기관의발달과정을열개념의발달과정과연관시켜소개함으로써흥미를북돋운다.그리고이러한열기관의원리를과학적으로이해하기위한열소설,에너지보존법칙,열역학제1,2법칙,엔트로피등이등장하는과정을관련과학자의역사적탐구내용,심지어시행착오까지적나라하게다룸으로써재미있게내용을따라가게해주어,결국마지막에는과학원리를쉽게이해하도록돕는다.

열역학산책:산책하듯가볍게열과엔트로피와친해질수있는이야기들
사실물리학에서열과엔트로피는재미없고딱딱한주제일수가있다.그래서본책에서는가볍게쉬어갈수있는‘열역학산책’코너를마련해두었다.인류에게불을전해준프로메테우스(1장)이야기는불에대한과학적개념을좀더자유롭게해준다.우주공간의온도는어떻게측정할까?(2장)라는주제는상상력을확장시켜준다.4장‘레인힐기관차경주대회’와6장‘다양한형태의영구기관들’등은잠시과학개념에서벗어나머리를식히기에딱좋은주제다.7장‘에너지를재생하는것이가능할까?’와8장‘원숭이가책을쓰는것이가능할까?’등은쉬어가는시간에또다른사고력을유발하기에좋다.9장‘공짜점심같은것은없다.’는엔트로피의개념을좀더쉽게익힐수있게도와준다.