3.2: 열역학 제2법칙

The Second Law of Thermodynamics
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Cell Biology
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The Second Law of Thermodynamics
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01:14 min
April 30, 2023

Overview

프로세스의 자발성을 안정적으로 예측할 수 있는 속성을 식별하기 위한 탐구에서 유망한 후보인 엔트로피가 확인되었습니다. 과학자들은 시스템 내의 무작위성 또는 무질서의 측정을 엔트로피라고 부릅니다. 높은 엔트로피는 높은 무질서와 낮은 에너지를 의미합니다. 엔트로피를 더 잘 이해하려면 학생의 침실을 생각해 보십시오. 에너지나 일을 투입하지 않으면 방이 순식간에 지저분해질 것입니다. 그것은 매우 무질서한 상태, 높은 엔트로피 상태로 존재할 것입니다. 방을 깨끗하고 질서 있는 상태로 되돌리기 위해 학생이 작업을 하고 모든 것을 치우는 형태로 시스템에 에너지를 투입해야 합니다. 이 상태는 엔트로피가 낮은 상태 중 하나입니다.

시스템의 엔트로피 증가(ΔS > 0)를 포함하는 과정은 매우 자발적인 경우가 많지만 그 반대의 예는 풍부합니다. 엔트로피 변화에 대한 고려를 주변 환경까지 확장함으로써 우리는 이 속성과 자발성 사이의 관계에 관한 중요한 결론에 도달할 수 있습니다. 열역학 모델에서는 시스템과 주변 환경이 모든 것, 즉 우주를 구성하므로 다음과 같은 사실이 적용됩니다.

ΔSuniv =Δ Ssys + ΔSsurr

열역학 제2법칙은 모든 자발적인 변화가 우주의 엔트로피를 증가시킨다는 것입니다. 과정의 엔트로피와 자발성 사이의 관계에 대한 요약은 표 1에 나와 있습니다.

표 1: 엔트로피와 과정의 자발성 사이의 관계.

ΔS대학 > 0 자발적인
ΔSuniv < 0 Nonspontaneous (반대 방향으로 자발적)
ΔS유니브 = 0 평형 상태

이 텍스트는 Openstax, Biology 2e, 섹션 6.3: The Laws of Thermodynamics and Openstax, Chemistry 2e, 16.3 열역학의 두 번째 및 세 번째 법칙에서 발췌한 것입니다.

Transcript

S로 약칭되는 엔트로피는 무질서 또는 임의성의 열역학적 척도입니다. 무질서가 많은 시스템은 무질서가 적은 시스템보다 엔트로피가 더 높습니다.

예를 들어, 풀린 아미노산 사슬은 선형 사슬이 단단히 채워진 단백질보다 더 유연하고 조직화되지 않기 때문에 사슬이 적절하게 접혀 있을 때보다 더 높은 엔트로피를 갖습니다.

열역학 제2법칙은 고립된 시스템의 엔트로피가 항상 증가한다는 것입니다. 이것은 외부의 개입 없이 모든 것이 더 무질서해진다는 것을 의미합니다.

고립된 시스템은 자연적으로 발생하는 경우가 거의 없기 때문에 열역학은 종종 전체 우주의 엔트로피 변화를 조사합니다. 우주의 엔트로피 변화에는 연구 중인 시스템과 그 주변의 엔트로피 변화가 모두 포함됩니다.

우주의 엔트로피가 증가하는 과정, 즉 ΔS가 0보다 큰 과정이 자발적으로 발생합니다. 엔트로피가 감소하거나 -ΔS를 갖는 과정은 자발적이지 않으며 발생하기 위해 에너지 입력이 필요합니다.

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