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플라즈마 열역학

플라즈마 열역학

(기초 및 응용)

송영훈, 이대훈 (지은이)
교육과학사
24,000원

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플라즈마 열역학
eBook 미리보기

책 정보

· 제목 : 플라즈마 열역학 (기초 및 응용)
· 분류 : 국내도서 > 대학교재/전문서적 > 자연과학계열 > 물리학
· ISBN : 9788925419367
· 쪽수 : 288쪽
· 출판일 : 2025-09-25

책 소개

플라즈마 상태에서의 화학반응을 열역학적 관점에서 소개하는 책이다. 한국기계연구원에서 지난 30년간 산업용 플라즈마 발생과 이를 활용한 화학반응 공정기술을 연구한 저자들이 직접 얻은 플라즈마 관련 여러 자료와 실험 결과들을 제시하고 열역학과 어떻게 연계되어 있는지를 소개한다.

목차

머리말 _ 3

제1장 원자와 분자의 에너지 ……… 9
1-1. 빛에 대한 이해: 양자역학의 출발점 _ 11
1-2. 원자와 분자의 지문: 원자 및 분자의 스펙트럼 _ 14
원자와 분자의 가짓수 _ 14
원자와 분자의 지문: 빛의 스펙트럼 _ 15
원자와 분자의 내부 에너지 _ 17
병진, 회전 및 진동 에너지 및 전자전이 에너지의 상대적 크기 비교 _ 19
분자의 스펙트럼 _ 22
1-3. 원자와 분자의 내부 에너지 변화가 일으키는 자연 현상(빛의 방출, 열 방출, 화학반응, 이온화) _ 25
복사 감쇠 및 비복사 감쇠, radiative relaxation과 non-radiative relaxation _ 26
화학반응 및 이온화 _ 29
LIF, Laser Induced Fluorescence _ 33
1-4. 빛의 종류와 에너지: 뜨거운 적외선보다 더 높은 에너지를 가진 자외선 _ 35
1-5. 빛과 전자기파: 다른 듯 같은 존재 _ 41
빛의 투과 _ 42
고체에 대한 전자기파의 투과력(1): 마이크로파 _ 45
고체에 대한 전자기파의 투과력(2): X-선 _ 46
1-6. 흑체 복사: 고전역학의 실패 그리고 양자역학의 태동 _ 47
Rayleigh-Jeans의 빛의 세기에 대한 수식 유도 및 자외선 파탄(UV catastrophe) _ 52
Rayleigh-Jeans가 유도한 과정 _ 56
Planck가 유도한 과정 _ 58
1-7. 보이는 빛과 보이지 않는 빛 _ 60
촛불: 보이는 빛과 보이지 않는 빛 _ 60
가스 불: 푸른 불 _ 62
숯불구이가 왜 맛이 좋다고 할까? _ 63
1-8. 조명의 역사 _ 65

제2장 물질의 에너지 ……… 71
2-1. 네 가지 물질 상태: 고체, 액체, 기체 그리고 플라즈마 _ 73
고체, 액체, 기체 및 플라즈마 상태 _ 74
2-2. 기체 물리: 미시적 관점과 거시적 관점 _ 80
미시적 관점과 거시적 관점 _ 83
통계 열역학의 출발점, 분포와 확률 _ 84
정규 분포 _ 86
Maxwell-Boltzmann Speed Distribution _ 89
2-3. 미시적 관점에서 바라본 압력과 열 및 물질 전달 _ 95
열전도 계수, 점성계수, 확산계수 _ 99
2-4. 미시적 관점에서 바라본 계의 내부 에너지 _ 103
거시적 관점에서의 내부 에너지 및 엔탈피 _ 103
미시적 관점에서의 내부 에너지: 저온 조건의 내부 에너지 _ 109
2원자 분자(diatomic molecule)의 온도에 따른 비열 _111
고온 조건에서의 비열: 분자의 해리 및 이온화 _ 112
고온 조건에서의 열전도 계수 _ 115
2-5. 볼츠만 분배법칙 _ 119
왜 물리·화학에서는 자꾸만 자연 지수 함수 ex가 등장하는가? _ 125
Boltzmann distribution rule, 볼츠만 분배법칙 _ 126
분배함수: 통계 열역학과 고전 열역학의 연결 고리 _ 132
열역학적 상태함수 _ 135
Boltzmann 분배 법칙과 다른 분배 법칙 _ 136
2-6. 엔트로피: 우주의 시작과 끝을 암시하는 법칙 _ 137
Clausius의 통찰력으로 탄생한 엔트로피 _ 147
엔트로피가 암시하는 우주의 미래 _ 156
2-7. Gibbs 자유 에너지: 자연의 변화를 예측하는 열역학 함수 _ 158

제3장 플라즈마 화학반응 공정 ……… 169
3-1. 열이 주도하는 화학반응: 평형 상태에서의 화학반응 _ 171
물리적 현상으로 바라본 기체 상태의 열화학반응 _ 171
활성화 에너지에 대한 이해(1): 촉매를 활용한 활성화 에너지의 감소 _ 177
활성화 에너지에 대한 이해(2): 화학반응의 종류에 따라 달라지는 활성화 에너지 _ 179
현실적인 열화학반응의 경로 _ 180
저온 화학반응: 점화 _ 184
3-2. 열과 무관하게 일어나는 화학반응: 비평형 상태의 화학반응 _ 187
광화학 반응 예 1: 성층권의 오존 생성과 소멸 _ 189
광화학 반응 예 2: 지표면에서의 오존 생성 및 광 스모그 _ 190
전자-분자 간의 화학반응 및 화학반응 속도 _ 192
플라즈마 화학반응의 특성(1): 다양한 반응 경로 _ 197
플라즈마 화학반응의 특성(2): 반응 효율 및 속도 _ 198
플라즈마 화학반응의 특성(3): 온도와 무관한 반응 _ 201
플라즈마 화학반응의 특성(4): 공간적 선택성 _ 202
3-3. 레이저 _ 203
spontaneous emission과 stimulated emission _ 207
빛의 증폭 조건: Population Inversion _ 209
3-4. 플라즈마의 특성(1): 비평형 및 평형 플라즈마 _ 213
비평형 및 평형 플라즈마 _ 215
평형 및 비평형 플라즈마의 기준, E/n _ 217
3-5. 플라즈마의 특성(2): 플라즈마 속의 입자 운동 _ 218
열확산 속도와 드리프트 속도의 상대적인 영향력 비교 _ 221
이상적인 플라즈마 조건: 디바이 차폐 및 준중성 _ 222
3-6. 대기압 비열(비평형) 플라즈마의 발생과 특성 _ 225
대기압 비열 플라즈마 발생 _ 225
대기압 비열 플라즈마의 전자 온도 및 농도 _ 229
3-7. 대기압 아크 플라즈마의 발생과 특성 _ 233
대기압 아크 플라즈마의 발생: arc column의 모양과 구조 _ 234
캐리어 가스의 종류에 따른 아크의 형상 _ 236
arc column의 열 및 물질 수지 _ 238
cathode 전극의 수명 및 냉각 _ 243
cathode 전극 부근에서의 열 및 물질 수지 _ 246
3-8. 플라즈마를 활용한 화학반응 공정 _ 250
플라즈마 화학반응 공정의 활용-일반론 _ 251
플라즈마 종류에 따른 화학반응의 특성-기계연구원 연구 _ 256
3-9. 플라즈마를 활용한 열공학 응용기술 _ 270
비열 플라즈마를 활용한 탄화수소의 흡착 및 탈착 _ 270
플라즈마 버너(1): combustion assisted by plasma _ 272
플라즈마 버너(2): diesel burner assisted by plasma _ 273
연료 개질기를 활용한 Ultra Low NOx 버너 _ 276

찾아보기 _ 279

저자소개

송영훈 (지은이)    정보 더보기
1959년 강원도 원주에서 태어났으며, 한양대학교 기계공학과, 한국과학기술원 기계공학과 및 미국 펜실베니아 주립대학교 기계공학과에서 각각 학사, 석사 및 박사학위를 받았다. 그는 1994년도에 박사학위를 마치고 정부 출연연구소인 한국기계연구원에서 근무를 시작하였으며, 이후 30년 간 우리나라에서는 생소한 분야인 플라즈마를 활용한 유해가스 처리, 산업용 플라즈마 발생기술, 플라즈마를 활용한 연료개질(fuel reforming) 등을 연구하였다. 그와 그의 연구팀이 개발한 기술 가운데 플라즈마 버너 기술, 진공 및 대기압 플라즈마를 활용한 반도체 가스처리 기술들은 산업에 성공적으로 이전 및 적용되었으며, 이를 계기로 우리나라에서는 그동안 과학의 영역에만 머물러 있던 플라즈마 기술을 산업기술로 발전시키는 계기가 될 수 있었다.
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이대훈 (지은이)    정보 더보기
1975년 대구에서 태어났으며, 한국과학기술원에서 학사, 석사 및 박사 학위를 받았다. 그는 박사 학위를 마치고 2004년도에 한국기계연구원 플라즈마 연구팀에 합류하였으며, 이후 줄곧 산업용 플라즈마 분야의 연구 및 기술개발을 수행해 왔다. 그는 플라즈마를 활용한 바이오 및 의료기술, 플라즈마를 활용한 수소 및 암모니아 생성 기술, 플라즈마를 이용한 화학전환 및 기능성 탄소 생성 기술 등 플라즈마 기반의 새로운 연구 분야를 개척하고 있으며, 이 과정에서 백여 편의 학술지 논문 출판과 360건 이상의 국내외 특허 출원을 진행하였다. 이러한 성과를 바탕으로 최근 미국의 글로벌 엔지니어링 기업에 대한 기술이전을 성사시키는 등 기술 사업화를 추진하고 있다. 최근에는 ‘미래에너지사회를 위한 질소자원화 글로벌 TOP전략연구단’ 단장에 선임되어 환경과 에너지 분야의 난제를 해결하고 미래 전략을 수립하는 연구에 집중하고 있다.
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