열과 일, 엔트로피의 탄생

열은 어디로 가는가 — ‘일’의 언어로 다시 쓰는 열 이야기

사유의서재 지음

스마트북 2025년 11월 03일 출간

작품소개

책소개

열과 일을 같은 그릇의 기록으로 읽고, 제2법칙과 엔트로피를 ‘방향을 재는 눈금’으로 설명하는 실전형 안내서다. 칼로릭에서 에너지 보존으로, 카르노에서 클라우지우스로, dS=δQrev/T의 뜻과 절대온도, 엑서지와 COP, 랭킨·오토·디젤·브레이튼 사이클까지 p–V와 T–s 선도 위에 올려 직관과 계산을 연결한다. 작은 온도차로 천천히 주고받기, 가장 뜨거운 데서 먼저 쓰기, 경계를 정확히 긋고 수지표로 손실을 찾는 루틴 등 현장에서 바로 쓰는 체크리스트를 제공한다.

목차

프롤로그. 열은 어디로 가는가 — ‘일’의 언어로 다시 쓰는 열 이야기

1장. 칼로릭에서 에너지 보존으로 — 열을 물질에서 과정으로 바꾸다

2장. 일의 정의, 열의 정의 — 제1법칙을 공학의 계산기로 만들다

3장. 카르노에서 클라우지우스로 — 완전기관이 불가능한 이유

4장. 엔트로피의 탄생 — 무질서가 아니라 ‘계산 가능한 방향성’

5장. 온도의 절대 눈금 — 켈빈 스케일과 효율의 한계

6장. 에너지 vs 유용에너지 — 가용도(엑서지)로 보는 손실 지도

7장. 실제 동력 사이클 해부 — 오토·디젤·브레이튼을 직관으로 풀다

8장. 랭킨과 증기력 — 물/증기의 상변화가 만드는 일

9장. 냉동기와 히트펌프 — 거꾸로 돌려 이득을 얻다

10장. 혼합, 상평형, 화학반응 — 공정에서 만나는 제2법칙

11장. 비가역성의 지도 — 열교환기부터 네트워크까지

12장. 엔트로피 수지표로 하는 설계·진단 — 현장에서 바로 쓰는 체크리스트

에필로그. 방향을 읽는 과학 — 엔트로피로 보는 지속가능 설계

부록 A. 최소수학과 표기 — 적분인자, 편미분, 맥스웰 관계 미니 해설

부록 B. 실험·실습 레시피 — 커피 냉각, 간이 히트펌프, 열교환기 성능 측정

부록 C. 용어집과 도표 — T–s, h–s, p–h, 증기표·냉매표 빠른 찾기

책 속으로

열은 물건이 아니라 과정이며, 경로의 흔적이다. 내부에너지는 상태의 숫자이고, 열과 일은 길의 기록이다. 카르노가 보여 준 효율의 상한은 온도 두 개로만 정해지고, 현실에서 마찰과 서두름은 되감기 어려운 표를 남긴다. 그 표를 숫자로 읽게 하는 잣대가 엔트로피다. δQrev/T를 더하면 상태의 변화가 되고, 환경 온도에 생성량을 곱하면 되찾을 수 없는 일의 값이 된다. 그래서 우리는 큰 온도차를 작은 차로 나누고, 가장 뜨거운 데서 먼저 쓰며, 배관의 길을 곧게 펴고, 섞일 것은 고르게 섞는다. p–V와 T–s 선도는 ‘얼마 받아서 얼마 내보냈고 그중 얼마가 일이 되었는가’를 한눈에 보여준다. 뚜껑을 덮고, 필터를 털고, 실외기 바람길을 트는 사소한 선택이 전기요금과 성능으로 연결되는 이유가 여기에 있다. 중요한 것은 속도가 아니라 순서다. 엔트로피의 언어를 손에 쥐면 같은 연료로 더 멀리 간다.

출판사 서평

뜨거운 것은 식고 차가운 것은 데워진다. 누구나 아는 이 사실을 우리는 왜 설계의 언어로 쓰지 못할까. 이 책은 열과 일을 같은 장부에 올리고, 제2법칙을 ‘방향을 재는 눈금’으로 번역해 현장의 결정을 바꾸는 법을 제시한다. 칼로릭에서 에너지 보존으로, 카르노–클라우지우스의 사유를 지나 dS=δQrev/T와 절대온도, 엑서지로 이어지는 핵심을 p–V, T–s 선도에 올려 한눈에 보여 준다. 복잡한 수식 대신 경계 설정과 수지표, 작은 온도차로 천천히 주고받기, 가장 뜨거운 데서 먼저 쓰기, 배관의 길을 곧게 펴기 같은 실행 문장으로 정리해, 가정의 보일러와 에어컨부터 공장의 보일러·터빈·열교환기까지 즉시 적용 가능한 체크리스트를 제공한다. 독자는 평균 대신 꼬리를 줄이는 지표, 퍼짐을 줄이는 설계, T0·ΔSgen으로 손실의 가격표를 읽는 감각을 얻게 된다. 같은 연료로 더 멀리 가고, 같은 전기로 더 시원하고 따뜻해지는 경험을 원한다면 이 책이 가장 빠른 길잡이다. 지금 당신의 도면 위에 ‘작은 온도차, 긴 만남’이라는 한 줄을 고정하라.

인물정보

저자(글) 사유의서재

사유의서재는 철학·과학·역사 등 인문사회 전반의 고전과 현대 담론을 교차 분석해 실행 가능한 인문 기술서를 집필하는 프로젝트 그룹이다. 철학을 감상의 언어가 아닌 운영과 성장의 언어로 번역하며, 질문·적용·점검 루틴을 통해 독자가 스스로 사고 체계를 세우도록 돕는다.