전체 글39 냉장고와 커피 한 잔으로 배우는 열역학 제2법칙 | 엔트로피 증가의 일상 “질서는 흐트러지고, 열은 퍼진다” 법칙이 부엌과 카페에서 증명된다열역학 제2법칙이란?열역학 제2법칙은 자연계의 모든 과정이 엔트로피(Entropy), 즉 무질서도가 증가하는 방향으로 진행된다는 원리입니다. 제1법칙이 “에너지 보존”을 다뤘다면, 제2법칙은 “에너지 사용의 질적 제한”을 설명합니다. 화공학적으로는 반응의 자발성, 냉동 사이클, 공정 효율을 설명할 때 반드시 등장하는 법칙입니다.커피는 왜 식을까? 엔트로피의 시선막 내린 뜨거운 커피는 시간이 지나면 반드시 식습니다. 이는 단순한 열 손실이 아니라, 열은 항상 고온에서 저온으로 흐른다는 제2법칙의 증거입니다.커피(고온) → 주변 공기(저온)으로 열 이동전체 에너지는 보존되지만, 엔트로피는 증가커피가 다시 저절로 뜨거워지는 일은 절대 없음화공 .. 2025. 9. 4. 전기밥솥과 보일러로 배우는 열역학 제1법칙 | 화학공학적 에너지 보존 이야기 “에너지는 사라지지 않는다” 법칙이 우리 집 부엌과 거실에서 매일 증명된다열역학 제1법칙이란?열역학 제1법칙은 가장 기본적인 원리인 에너지 보존 법칙을 말합니다. “에너지는 형태만 바뀔 뿐, 새로 생기거나 없어지지 않는다”는 내용입니다. 화공학에서는 반응기, 열교환기, 증기보일러 등 모든 장치 설계에서 이 법칙을 바탕으로 에너지 밸런스를 맞춥니다.전기밥솥: 전기에너지 → 열에너지 → 화학적 변화전기밥솥은 제1법칙을 설명하기에 아주 좋은 예입니다.코드에서 들어온 전기에너지가 히터를 통해 열에너지로 변환열은 물에 전달되어 끓임 → 쌀의 전분이 젤라틴화되는 화학적 변화 발생밥솥 내부는 단열에 가깝게 설계되어, 손실된 열 = 방출된 열이 성립즉, 들어간 전기에너지 총량은 열 + 증기 + 손실 에너지로 형태만 바.. 2025. 9. 4. 휘발유와 경유, 무엇이 다를까? | 화학공학 증류와 엔진 원리로 풀어본 차이 주유소에서 매일 만나는 두 연료, 화공학·열역학·연소공학으로 자세히 살펴보기석유에서 연료가 만들어지는 과정: 증류탑 이야기휘발유와 경유는 모두 원유(Crude Oil)를 정제해 얻습니다. 정제의 핵심 장치는 증류탑(Distillation Column)입니다.원유는 다양한 탄화수소 혼합물로, 끓는점이 다름증류탑에서 가열 → 끓는점 차이에 따라 위쪽은 가벼운 성분, 아래쪽은 무거운 성분휘발유: 약 30~200℃ 범위에서 끓는 가벼운 탄화수소경유: 약 200~350℃ 범위에서 끓는 중간 탄화수소즉, 휘발유와 경유의 차이는 탄화수소 분자의 크기·끓는점·연소 특성에서 시작됩니다.가솔린 엔진과 디젤 엔진의 차이두 연료는 서로 다른 엔진에 쓰입니다. 바로 점화 방식이 다르기 때문입니다.가솔린 엔진 (휘발유)공기 + .. 2025. 9. 4. 연돌현상이란? | 화학공학과 유체역학으로 풀어본 밀도차 유동 겨울철 현관문이 무거워지는 이유부터 굴뚝의 배기까지, 연돌현상의 공학적 해석연돌현상(Stack Effect)이란?연돌현상(Stack Effect)은 실내외 온도 차이로 인해 공기의 밀도가 달라지면서, 건물 내부에 압력차가 발생하고 자연적인 공기 흐름이 생기는 현상입니다. 겨울철 아파트 현관문이 잘 안 열리거나, 고층 건물 화재 시 연기가 빠르게 위로 치솟는 현상이 대표적 사례입니다.기본 원리: 밀도차 유동화공학적으로 연돌현상은 부력(Buoyancy-driven flow) 개념으로 설명할 수 있습니다.따뜻한 공기 → 밀도 낮음 → 상승차가운 공기 → 밀도 높음 → 하강이 밀도 차가 고층 건물에서는 상당한 압력차를 만들어냅니다. 식으로 표현하면:ΔP = C · h · (1/T_out - 1/T_in)여기서 .. 2025. 9. 4. 세면대 배수구 물이 잘 안 내려가는 이유 | 화학공학적 압력 차와 배관 유동의 비밀 압력 불균형, 공기 포획, 마찰 손실까지… 배수 문제를 공학적으로 해석하다배수구 막힘, 단순한 이물질 때문일까?주방·욕실·세탁실 배수구에서 물이 잘 안 내려가면 보통 머리카락이나 음식물 찌꺼기를 먼저 의심합니다. 하지만 배관이 깨끗한데도 물이 원활히 빠지지 않는 경우가 있습니다. 이때 원인은 화공학적으로 설명되는 압력 차와 유동 특성에 있습니다.배수 유동의 기본: 중력 + 압력차배수구는 펌프가 아닌 중력 배수(Gravity Drain) 방식으로 동작합니다. 즉, 높은 곳의 물이 낮은 곳으로 이동하는데, 이 과정에서 중요한 변수는 압력 차입니다.수면 높이 차 → 위치에너지(ρgh)배관 내부 압력 분포 → 대기압과의 균형 여부마찰 손실(ΔPf) → 길이, 직경, 거칠기 영향이 세 가지가 균형을 이뤄야 원활한.. 2025. 9. 4. 댐 방수로 물살이 거세지는 이유 | 화학공학적 에너지 보존과 유속 증가의 원리 포텐셜 에너지가 운동 에너지로, 댐 하류 난류 유동의 과학댐에서 물이 쏟아져 나올 때의 의문댐의 방수로를 보면 평소 잔잔하던 강물이 갑자기 거대한 폭포처럼 쏟아져 나와 하류에서 물살이 매우 거세지는 현상을 관찰할 수 있습니다. 이는 단순히 물의 양이 많아서가 아니라, 화공학·유체역학의 에너지 보존 원리로 설명할 수 있습니다.위치에너지 → 운동에너지 전환댐 상류에 저장된 물은 높은 위치에 있기 때문에 위치에너지(ρgh)를 가지고 있습니다.댐 높이 h가 클수록 위치에너지는 증가방수로를 통해 내려올 때 이 에너지가 운동에너지(½ρv²)로 변환결과적으로 유속(v)이 급격히 증가이는 베르누이 방정식으로 간단히 표현할 수 있습니다.P + 0.5·ρ·v² + ρ·g·h = constant방수로의 형상과 가속 효과댐 .. 2025. 9. 4. 이전 1 2 3 4 5 6 7 다음