14주강의

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451 잉크방울이 물에서 퍼져나가는 모습 제14주 강의 지난 주에 우리는 열현상에 대해 배웠습니다. 사람들이 오랫동안 열현상은 역학에 속하지 않는 현상으로 잘못알고 있었기 때문에 열현상이 더 큰 관심의 대상이 되었 음을 알았습니다. 그런데 알고 보니 열현상도 역시 역학에 속한 현상임을 깨달았던 것입니다. 역학에 속한 현상이라는 것은 뉴턴의 운동방정식이 적용되는 현상이라는 의미입니다. 먼저 기체를 예로 들어 설명합시다. 전에는 기체에 열소(熱素)가 들어가면 기체의 온도가 올라간다고 생각하였습니다. 그런데 열소라는 존재는 없음을 알게 되었습니 다. 대신 기체의 온도가 올라가는 것은 기체를 구성하는 분자들의 무질서한 운동이 지닌 평균 운동에너지가 커지기 때문임을 알았습니다. 여기서 열현상도 역학에 속한 다는 의미는 기체 분자 하나하나의 운동은 다른 역학 문제에서와 꼭 마찬가지로 뉴 턴의 운동방정식에 의해서 결정된다는 것입니다. 그렇지만 서로 충돌하는 그래서 서 로 상호작용하는 전체 기체분자들이 어떻게 행동할지를 계산하기 위해서는, 19장의 여러 물체 운동에서 배운 것처럼 서로 연결되어 있는 연립 미분방정식을 풀어야 합 니다. 그리고 그 연립 미분방정식의 수는 기체분자의 수만큼, 그러니까 최소한 아보 가드로수인   개 정도가 됩니다. 그러므로 실제로 기체에 대한 열현상을 뉴턴의 운 동방정식을 직접 풀어서 해결할 수는 없습니다. 그렇다고 기체가 보이는 열현상에 대한 문제를 전혀 해결할 수 없다는 의미는 아
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제14주 강의 452 닙니다. 통계를 이용하면 됩니다. 통계를 적용할 대상의 수가   개 정도이면 통계 의 결과는 매우 정확합니다. 그래서 지난 주에 우리가 배운 물체의 온도는 물체를 구 성하는 분자들이 보이는 무질서한 운동의 평균 운동에너지를 대표한다고 말하였을 때 무질서란 단순히 아무렇게나 제멋대로 움직인다는 의미는 아닙니다. 기체분자들 이 실제로는 뉴턴의 운동방정식에 따라 움직이지만 단지 그 방정식을 풀 도리가 없 다는 것일 따름입니다. 그리고 사실은 그 연립 미분방정식을 기술적으로 풀 수 있다 고 하더라도 그럴만한 가치가 없습니다. 그 방정식들을 실제로 풀어서 얻는 결과나 우리가 지난 주에 한 것처럼 통계적 방법을 이용하여 얻은 결과나 똑같기 때문입니 다. 그리고 지금까지 기체를 예로 들어 이야기하였지만 액체와 고체에서도 똑같은 일 이 벌어집니다. 뜨거운 액체나 고체란 그 액체나 고체를 구성하는 분자들이 벌이는 무질서한 운동의 평균 운동에너지가 크다는 것을 이야기할 뿐인 것입니다.
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