비평형 열역학은 실제 공학 시스템을 설명할 때 왜 중요할까요?

Question

안녕하십니까.

대부분의 현실 세계의 시스템은 평형 상태가 아닙니다. 열 전달이나 확산, 화학 반응이 동시에 일어나는 조건하에서 비평형 열역학이 어떤 설명이 가능한지 의견 부탁드립니다.

Answer 1

안녕하세요.

현실의 공학 시스템들은 대부분이 비평형 상태에 놓여있다고 보셔야 합니다.

비평형 열역학이라는 것은 이런 흐름을 만드는 구동력과 실제 이동 속도를 연결해서 정략적으로 설명할 수 있게 되는 것이죠. 대표적으로 반도체에서 일어나는 발열이라던지, 배터리 내부 이온 이동 같은 것들도 이런식으로 해석을 하게 되는 것입니다.

실제 산업에서의 장비 성능이나 수명 같은 것을 예측하려면 반드시 필요한 이론이라고 할 수 있겠네요.

Answer 2

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

현실의 공학 시스템은 에너지가 끊임없이 흐르는 비평형 상태이며 비평형 열역학은 단순한 결과값이 아닌 열 전달 확산 화학 반응과 같은 비가역적 과정의 속도와 엔트로피 생성을 정량적으로 기술하여 시스템의 효율을 실질적으로 예측하게 해줍니다 특히 온사거 상반 정리를 통해 온도 구배가 전류를 흐르게 하는 것과 같은 서로 다른 물리 현상 간의 교차 효과를 명확히 설명함으로써 차세대 에너지 소자나 복합 공정 설계의 핵심적인 이론적 토대를 제공해 줍니다

Answer 3

안녕하세요. 박재화 박사입니다.

비평형 열역학의 경우는 변화가 진행 중인 그러한 상태를 설명하기 위해서는 필수적입니다.

현실에서의 모든 공학 시스템들은 온도나 농도, 압력 차이가 존재하는데, 항상 에너지와 물질이 이동합니다. 이런 관점에서 고전적 평형 열역학의 경우는 시작과 끝 상태만 설명이 가능하지만, 비평형 열역학의 경우는 그 중간 과정을 설명할 수 있는 것이죠.