열과 엔트로피는 처음이지?

작가의 말 • 4

1장 인류 문명과 불
평화의 상징이 된 불 • 14
인류가 불을 사용하기 시작하다 • 18 토기를 만들다 • 21
청동기 시대 • 25 철기 시대 • 27 현대 문명의 불, 전기 • 30
열역학 산책: 인류에게 불을 전해준 프로메테우스 • 33

2장 물질과 열
셀시우스와 섭씨온도계 • 38
열운동과 내부 에너지 • 41 불이란 무엇일까? • 45
온도의 측정 • 49 물질의 상태 변화와 온도 • 54
열역학 산책: 우주 공간의 온도는 어떻게 측정할까? • 61

3장 열역학의 태동
보일의 『회의적인 화학자』 • 64
열역학과 통계물리학 • 67 보일의 법칙과 샤를의 법칙 • 69
열량과 비열 • 74 열적 평형상태와 열역학 제0법칙 • 8
에너지의 전달-대류, 전도, 복사 • 81
열역학 산책: 금속 의자가 왜 나무 의자보다 더 차가울까? • 85

4장 열기관의 발달
헤론의 구 • 88 파팽의 증기기관 • 91 세이버리의 진공기관 • 93
뉴커먼의 증기기관 • 94 와트의 증기기관 • 96 증기기관차의 발달 • 101 증기선의 등장 • 104
열역학 산책: 레인힐 기관차 경주대회 • 107

5장 열소설과 운동설
물레방아와 증기기관 • 112 블랙과 라부아지에의 열소설 • 115 럼퍼드의 운동설 • 117
카르노와 열기관의 열효율 • 120 카르노 기관 • 125 열효율의 최댓값 • 128
열역학 산책: 우리말과 영어의 차이 • 133

6장 에너지 보존법칙
뉴턴역학과 에너지 • 138 에너지와 동력, 그리고 일률 • 141
마이어와 헬름홀츠의 에너지 보존 법칙 • 143
줄의 열의 일당량 실험 • 147 에너지 보존법칙 • 149 에너지 보존
법칙만으로는 설명할 수 없는 현상들 • 152
열역학 산책: 다양한 형태의 영구기관들 • 155

7장 열역학 제2법칙과 엔트로피
애국심이 강했던 클라우지우스 • 160
열역학 제1법칙과 제2법칙 • 163 엔트로피 • 169
엔트로피 증가의 법칙과 열기관의 열효율 • 175 엔트로피를 통해 본 세상 • 178
열역학 산책: 에너지를 재생하는 것이 가능할까? • 182

8장 엔트로피의 통계적 해석
원자와 분자는 실제로 존재하는가? • 186
분자 운동론적 해석 • 190 미시 상태와 거시 상태 • 193
통계적 엔트로피 • 199 통계적 엔트로피와 열역학 제2법칙 • 202
통계적 엔트로피는 실제로 측정 가능할까? • 206
상태의 변화와 자유 에너지 • 207 우주와 엔트로피 • 211
열역학 산책: 원숭이가 책을 쓰는 것이 가능할까? • 213

9장 열역학 밖으로 나간 엔트로피
과학적 엔트로피와 인문학적 엔트로피 • 218 슈뢰딩거의 『생명이란 무엇인가?』 • 221
생명체와 엔트로피 • 224 제레미 리프킨의 『엔트로피』 • 226
시간과 엔트로피 • 232 경제 발전과 기술의 진보 • 233 교육과 엔트로피 • 236
열역학 산책: “공짜 점심 같은 것은 없다.” • 239

| 부록 | 통계적 엔트로피를 왜 S=kBlogG로 정의했을까? • 242

현대 문명에서는 대부분의 에너지를 전기 에너지로 전환하여 사용하고 있다. 따라서 새로운 에너지원을 개발한다는 것은 전기 에너지로 전환할 수 있는 새로운 에너지원을 찾아낸다는 의미라고 할 수 있다.

우리는 지금까지 열이 무엇인지, 우리가 측정하는 온도가 무엇을 의미하며 어떤 방법으로 온도를 측정하는지, 그리고 물질의 상태 변화와 열 사이에 어떤 관계가 있는지에 대해 알아보았다. 대부분이 교과과정에서 다루는 내용이어서 이미 잘 알고 있는 것들이다. 이것은 본격적인 운동을 하기 전에 하는 준비운동에 해당된다고 할 수 있다.

1600년대부터 기초를 다지기 시작한 열역학은 1800년대에 열역학 제1법칙과 열역학 제2법칙이 확립되면서 완성되었다. 그러나 통계물리학은 분자들의 운동을 통계적으로 분석하기 시작한 1800년대 후반에 시작되어 양자역학이 성립된 1900년대 초에 크게 발전했다.