[환경생태학] 열역학의 법칙과 엔트로피

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레포트 > 자연계열
2009.08.18
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소개글

[환경생태학] 열역학의 법칙과 엔트로피에 대한 자료입니다.

1. 에너지와 엔트로피
1) 에너지
2) 엔트로피
3) 再生(재생) 不可能(불가능)한 에너지와 엔트로피
① 재생 불가능의 의미
② 재생 불가능한 에너지의 종류
③ 재생 불가능한 에너지의 엔트로피 해석

2. 生態系(생태계)內(내)의 에너지

3. 環境(환경)과 엔트로피
1)自然環境(자연환경)
① 먹이사슬과 엔트로피
② 마이너스 엔트로피를 향한 자연 스스로의 노력
2)人工環境(인공환경)
① 機械化(기계화)된 現代(현대)의 農業(농업)과 엔트로피
② 都市化(도시화)와 엔트로피

4. 하나의 시스템(system)

본문내용

生態系(생태계)에서의 에너지 흐름
생태계를 영어로 쓰면 ecosystem 이다. 단어에도 들어있듯이 어떠한 일을 하는 system이다. 생태계가 되었든 그렇지 않든 system이 유지되고 그 기능을 발휘하려면 에너지가 필요하다. 생태계의 에너지 흐름과 그 특성을 알기 위해서는 먼저 에너지가 무엇인지를 알아야 하고 그 특성을 알아야 한다. 초점을 맞춰야 할 점은 생태계의 에너지 흐름이나 현상 역시 전체적인 에너지의 이론과 특성에서 벗어나지 않고 그 규칙을 유지한다는 것이다.

1. 에너지와 엔트로피
1) 에너지
에너지의 어원은 그리스어인 ergon에서 유래되었으며 물리학에서의 에너지 개념은 일을 할 수 있는 능력 또는 크기로 정의된다. 여기에서 일은 힘과 힘이 작용하는 방향으로의 이동거리의 곱으로 정의되는 물리적 일을 의미한다. 높은 곳에 있는 물체가 낙하하면 다른 물체에 힘을 가하여 일을 하며, 또 어떤 속도로 운동하고 있는 물체는 그 운동을 방해하려는 다른 물체에 힘을 미쳐서 일을 할 수 있다. 예를 들어, 높은 곳의 물을 떨어뜨려서 물레방아를 돌릴 수 있고, 달려오는 자동차는 충돌을 통해서 정지된 자동차를 밀수 있다. 이와 같이 높은 곳에 있는 물체나 속도를 가지는 물체는 일을 할 수 있는 에너지를 가진다.

2) 엔트로피
물질계의 열적 상태를 나타내는 물리량의 하나이다. 자연현상은 언제나 물질계의 엔트로피가 증가하는 방향으로 일어나는데, 이를 엔트로피 증가의 법칙이라고 한다. 우주 전체의 엔트로피가 증가하는 자연현상은 일어날 수 없다.
1865년 R.E.클라우지우스가 변화를 뜻하는 그리스어 τροπη에서 이 물리량을 엔트로피라 이름하였다. 이론적으로는 물질계가 흡수하는 열량 dQ와 절대온도 T와의 비 dS=dQ/T로 정의한다. 여기서 dS는 물질계가 열을 흡수하는 동안의 엔트로피 변화량이다. 열기관의 효율을 이론적으로 계산하는 이상기관의 경우는 모든 과정이 가역과정이므로 엔트로피는 일정하게 유지된다. 일반적으로 현상이 비가역과정인 자연적 과정을 따르는 경우에는 이 양이 증가하고, 자연적 과정에 역행하는 경우에는 감소하는 성질이 있다. 그러므로 자연현상의 변화가 자연적 방향을 따라 발생하는가를 나타내는 척도이다.
대부분 자연현상의 변화는 어떤 일정한 방향으로만 진행한다. 즉, 자연현상의 변화는 물질계의 엔트로피가 증가하는 방향으로 진행한다. 이것을 엔트로피 증가의 법칙이라고 한다. 예를 들면, 온도차가 있는 어떤 2개의 물체를 접촉시켰을 때, 열 q가 고온부에서 저온부로 흐른다고 하면 고온부(온도 T1)의 엔트로피는 q/T1만큼 감소하고, 저온부(온도 T2)의 엔트로피는 q/T2만큼 증가하므로, 전체의 엔트로피는 이 변화를 통하여 증가한다. 역으로 저온부에서 고온부로 열이 이동하는 자연현상에 역행하는 과정, 예를 들면 냉동기의 저온부에서 열을 빼앗아 고온부로 방출하는 과정에서 국부적으로 엔트로피가 감소하지만, 여기에는 냉동기를 작동시키는 모터 내에서 전류가 열로 바뀐다는 자연적 과정이 필연적으로 동반하므로 전체로서는 엔트로피가 증가한다. 때때로 자연현상은 국부적으로 엔트로피가 감소하는 비자연적 변화를 따르는 것도 있지만, 그것에 관계되는 물질계 전체를 다루어 보면, 항상 엔트로피를 증가시키는 방향으로 현상이 변화한다. 이 이론은 자연현상이 일어나는 방향을 정하는 것으로서, 에너지보존법칙과 함께 열역학의 기본법칙으로서 중요하다. 이상기체에서 엔트로피가 증가하지 않는 것은 가역변화라고 하는 비현실적인 변화를 가정하고 있기 때문이다.
엔트로피는 물질계의 열적 상태로부터 정해진 양으로서, 통계역학의 입장에서 보면 열역학적인 확률을 나타내는 양이다. 엔트로피 증가의 원리는 분자운동이 확률이 적은 질서 있는 상태로부터 확률이 큰 무질서한 상태로 이동해 가는 자연현상으로 해석한다. 예를 들면, 마찰에 의해 열이 발생하는 것은 역학적 운동(분자의 질서 있는 운동)이 열운동(무질서한 분자운동)으로 변하는 과정이다. 그 반대의 과정은

#에너지 #엔트로피 #생태계 #시스템 #자연 #광합성 #자연현상 #재생 #물질계 #환경

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