읽자마자 이해되는 열역학 교과서

이광조

저자:이광조
오로지물리학이라는학문이지닌매력에이끌려물리학과에진학했지만,암기위주의획일적이고권위적인물리교육에회의감을느꼈다.물리의본질은무엇인지스스로에게끊임없이질문하며,그본질에보다가까이다가가고자몰입하다보니어느새나만의방식으로물리를해석할수있게되었다.단순히문제를쉽게푸는것을넘어,복잡한수학과공식은최소화하고친근한비유로다양한물리학분야의핵심과본질을설명하기위해늘힘쓰고있다.
저서로는《이런물리라면포기하지않을텐데》《EBS수능개념광쌤의물리플렉스》《물리개념끝장내기》등이있다.

머리말

1장열역학이란무엇일까
우주전체에적용되는대법칙
우리삶은곧물리학이다
에너지의형태를바꾸는법
열역학의분석방법
열역학을이끌주인공
기체프로필분석하기

2장기체란무엇일까
성향이정반대인기체의부피와압력_보일법칙
성향이비슷한기체의부피와온도_샤를법칙
삼자대면의시간_보일-샤를법칙
다섯요소의관계를동시에분석하기_아보가드로법칙(1)
다섯요소의관계를동시에분석하기_아보가드로법칙(2)
다섯요소의관계를동시에분석하기_아보가드로법칙(3)
단한줄로정리하는기체의특성_이상기체상태방정식(1)
단한줄로정리하는기체의특성_이상기체상태방정식(2)
열역학여행을떠나기전마지막채비(1)
열역학여행을떠나기전마지막채비(2)

3장열이란무엇일까
에너지는돈이다
에너지교환은거래다
에너지는얼마나이동했을까_열량(Q)
우리가에너지를만드는법_물질대사
열은어디서얼마나이동할까_열용량(C)
1℃를높이려면열이얼마나필요할까_비열(c)
열량표현이해하기
비열은열의관성이다
기체의비열

4장열역학법칙이란무엇일까
화학과물리학의서로다른시선
열역학1법칙
에너지의흐름이해하기
열역학0법칙
‘열’이‘열일’하는곳_열기관(엔진)
열역학과정파헤치기(1)
열역학과정파헤치기(2)
열역학과정파헤치기(3)

5장열기관이란무엇일까
전형적인외연기관_스털링기관
스털링기관한눈에살펴보기
일을잘하는열기관을만들자
이상적인열기관_카르노기관
가솔린엔진과디젤엔진은무엇이다를까?

6장열과에너지와엔트로피
에너지를그대로보존할수없는이유
열역학2법칙
엔트로피란무엇일까
엔트로피는항상증가한다
무질서의척도
엔트로피의정체를알아낼수있을까?
영구기관이란무엇일까?
열역학3법칙

맺음말

까다로운열역학이론을단번에정리한다!
기본부터탄탄하게다지는열역학의모든개념과원리

열역학은열과일의관계를밝히는학문이다.이처럼열역학의연구목적은단순하고명쾌하지만,이간단한질문에뒤따르는수많은복잡한계산과문제를보다보면당장이라도포기하고싶은마음이든다.그러나어려워보이는숫자와기호,수식은본질이아닌수단일뿐이다.이들을과감히걷어내고열역학의핵심에곧바로다가가보자.열역학은뉴턴역학을비롯한다른물리학분야와비교했을때자연을바라보는대상은물론출발점자체가다르며,풀어내는방법역시다르다.이점을알고시작해야열역학의본질을쉽게간파할수있다.
사실열역학은그어떤과학분야보다도일상생활과가까이맞닿아있는학문이다.주변에서가장흔하게존재하는에너지가바로열에너지이기때문이다.인류가불을사용한이래로열에너지는모든생활에폭넓게활용할수있는존재가되었다.특히열기관(엔진)을발명하면서열에너지혁명의시대가도래하기도했다.
열을일로바꾸는기계인열기관의등장은역사적으로도,학문적으로도엄청난대사건이다.왜냐하면일을열로전환하는것보다열을일로전환하는것이압도적으로어렵기때문이다.예를들어두손바닥을비비면뜨거워진다.이것이일을열로전환하는사례다.그반대는손에열을가해서두손바닥을비비게만드는것이다.이렇게생각하면왜열을일로전환하는것이어려운지곧바로체감이된다.
이처럼복잡한열역학이론역시일상의간단한비유만으로도명쾌하게이해할수있다.에너지의흐름그자체를나타내는열역학의참모습을이해한다면까다로운수식과함께등장하는열역학문제도간단하게암산할수있는문제로탈바꿈할것이다.


열역학법칙과기체방정식·에너지·열기관·엔트로피
읽자마자이해되는일과열,에너지의본질

열역학은‘에너지’를다루는학문이다.따라서물질의상태중에너지를가장많이가지고있는기체가주요연구대상이다.이말은기체의정체를밝히는것만으로도기본적인열역학의핵심개념들을쉽게이해할수있다는뜻이다.보일법칙,샤를법칙,아보가드로법칙등머리를아프게했던공식들은부피,압력,온도라는기체의특성을정리한프로필일뿐이다.우리가흔히프로필에키,몸무게,나이를쓰는것과완전히똑같다.
열역학의핵심연구주제인에너지와열역시직관적인비유를통해이해할수있다.에너지는돈,열은돈거래라고생각해보자.돈은경제적거래능력을숫자로나타낸것이고,에너지는일할수있는능력을숫자로나타낸것이므로의미가통한다.열역시‘에너지의이동’을나타내며돈거래도똑같이‘돈의이동’을가리키는개념이다.조금더나아가면,거래는혼자할수없으므로열도마찬가지로온도가다른두개이상의물체(계)가필요하다.사장이직원에게월급을주는것처럼열도온도가높은물체에서낮은물체로이동한다.
거의모든열역학개념은이런간단한비유만으로쉽게이해할수있다.이처럼복잡한수식과이론을걷어내고그안에있는열역학의본질에집중하면열량,비열,에너지의흐름등어렵게만느껴졌던열역학개념과문제들도사실별것아니라는것을깨닫게될것이다.

가장간단하고빠르게이해하는열역학의핵심개념
복잡하게얽힌열역학문제가단숨에풀린다!

열역학은물리학중에서도어려운분야로손꼽힌다.뉴턴역학으로대표되는기존의물리학과접근방식,풀이방식이사뭇다르기때문이다.따라서《읽자마자이해되는열역학교과서》는열역학을쉽게이해할수있는길잡이가되는것을목표로,기존물리학의설명방식을그대로따르기보다는오로지‘이해’에초점을맞췄다.이론과공식의틀에서과감히벗어나다른물리학책에서는볼수없던쉽고직관적인접근을시도했다.
중고등학교열역학의주요개념과법칙을상세히정리하는것은물론,나아가대학열역학의기초와방향성까지다룬다.물론이책에도실전문제들이등장한다.그러나문제와풀이,정답만있는것이아니라어떻게문제에접근하고해결해야하는지에관한방식을자세히담았기때문에문제를보면오히려열역학개념을더욱명쾌하게이해할수있다.책을다읽고나면공식에의존하지않고본질과개념에근거해아무리복잡한열역학문제라도간단히해결할수있을것이다.