엔트로피란 무엇일까요? |제프 필립스(Jeff Philips)
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0:07 - 0:10화학과 물리학에
매우 중요한 개념이 있습니다. -
0:10 - 0:15이는 물리과정이 왜 한 쪽으로만
진행하는지를 설명해줍니다. -
0:15 - 0:17얼음이 왜 녹는지
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0:17 - 0:19커피에 크림이 왜 섞이는지
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0:19 - 0:23구멍 난 타이어에서
왜 공기가 새는지를 말이죠. -
0:23 - 0:27이는 바로 엔트로피이고,
이해하기 매우 힘든 개념입니다. -
0:27 - 0:32엔트로피를 무질서의 단위로
설명하는 경우도 있습니다. -
0:32 - 0:36편리한 설명이긴 하지만
안타깝게도 틀린 말입니다. -
0:36 - 0:39예를 들어, 무엇이 더 무질서할까요?
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0:39 - 0:43부서진 얼음 조각 한 컵일까요?
상온의 물 한 컵일까요? -
0:43 - 0:45대부분 얼음이라고 답하겠지만
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0:45 - 0:49실제로는 부서진 얼음의
엔트로피가 더 낮습니다. -
0:49 - 0:53그래서 확률로 생각하는
다른 방법이 있습니다. -
0:53 - 0:57이해하기 더 어려울 수도 있지만
시간을 들여 공부한다면 -
0:57 - 1:01엔트로피를 더 잘
이해할 수 있을 것입니다. -
1:01 - 1:04각각 6개의 원자 결합으로 이루어진
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1:04 - 1:08두 개의 작은 고체 물질을
생각해보세요. -
1:08 - 1:13이 모형에서 고체 물질의 에너지는
결합 속에 저장되어 있습니다. -
1:13 - 1:15이 고체들은 나눌 수 없는
에너지 단위인 -
1:15 - 1:20양자를 담는 용기라고
생각하시면 됩니다. -
1:20 - 1:25물질에 에너지가 많을수록
더 뜨거워집니다. -
1:25 - 1:29두 물질 내에서 에너지가 분배되면서도
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1:29 - 1:31각각의 에너지 총량이
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1:31 - 1:35똑같을 수 있는 방법은 매우 많습니다.
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1:35 - 1:39각각의 선택지를
미시 상태라고 부릅니다. -
1:39 - 1:43양자 에너지가 6개인 고체 A와
양자 에너지가 2개인 B사이에는 -
1:43 - 1:489,702개의 미시상태가 있습니다.
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1:48 - 1:53물론 이 8개의 양자가 다른 방식으로
존재할 수도 있습니다. -
1:53 - 1:58모든 에너지가 고체 A에 있고,
B에는 하나도 없거나 -
1:58 - 2:01A와 B에 반반씩 있을 수도 있죠.
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2:01 - 2:04각각의 미시 상태가 될 확률이
같다고 가정하면 -
2:04 - 2:07특정한 에너지 구조가 다른 구조보다
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2:07 - 2:11존재할 확률이 더 높다는 것을
확인할 수 있습니다. -
2:11 - 2:14미시 상태의 수가 더 많기 때문이죠.
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2:14 - 2:20엔트로피는 각각의 에너지 구조의
확률을 직접 측정하는 단위입니다. -
2:20 - 2:23고체 사이의 에너지가
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2:23 - 2:29가장 고르게 분산된 에너지 구조가
가장 높은 엔트로피를 갖는 것을 볼 수 있습니다. -
2:29 - 2:30그러니까 일반적으로
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2:30 - 2:35엔트로피는 에너지 분포를
측정하는 단위라고 할 수 있습니다. -
2:35 - 2:38낮은 엔트로피는 에너지가
집중되어 있다는 걸 의미하고 -
2:38 - 2:42높은 엔트로피는 에너지가
퍼져있다는 걸 의미합니다. -
2:42 - 2:46뜨거운 물체가 식는 것과 같은
자발적 과정을 설명하는 데 -
2:46 - 2:48엔트로피가 왜 유용한지 이해하려면
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2:48 - 2:52에너지가 이동하는
동적 시스템을 봐야 합니다. -
2:52 - 2:55현실에서 에너지는 가만히 있지 않고
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2:55 - 2:58이웃하는 결합 사이를 계속 움직입니다.
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2:58 - 3:00에너지가 움직이면
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3:00 - 3:03에너지 구조가 변할 수 있습니다.
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3:03 - 3:05미시 상태의 분포 때문에
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3:05 - 3:10시스템이 에너지가
최대한 분산된 구조가 될 -
3:10 - 3:14확률은 21%이고
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3:14 - 3:17시작과 같은 상태로
돌아갈 확률은 13%이며 -
3:17 - 3:23A가 에너지를 얻을 확률은 8%입니다.
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3:23 - 3:27다시 말해 분산된 에너지와
높은 엔트로피를 갖는 경우의 수가 -
3:27 - 3:30에너지가 집중되는 경우보다 많기에
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3:30 - 3:33에너지는 분산되는 경향을 띱니다.
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3:33 - 3:36그렇기에 차가운 물체 옆에
뜨거운 물체를 두면 -
3:36 - 3:40차가운 물체는 따뜻해지고
뜨거운 물체는 식는 것입니다. -
3:40 - 3:42하지만 이 예시에서도
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3:42 - 3:47뜨거운 물체가 더 뜨거워질 확률이
8% 존재합니다. -
3:47 - 3:51왜 이런 상황은 현실에서 절대
일어나지 않을까요? -
3:51 - 3:54이는 시스템의 규모 때문입니다.
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3:54 - 3:58우리가 가정했던 고체는
결합을 6개씩만 가지고 있었습니다. -
3:58 - 4:046,000개의 결합과 8,000개의
에너지 단위로 키워봅시다. -
4:04 - 4:08그리고 똑같이 A에
에너지의 3/4이 있고 -
4:08 - 4:10B에 에너지의 1/4이 있다고 합시다.
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4:10 - 4:14그러면 A가 더 많은 에너지를
얻게 될 확률이 -
4:14 - 4:17매우 낮다는 걸 알 수 있습니다.
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4:17 - 4:22비슷하게, 일상의 물건들은 이보다
훨씬 많은 입자를 가지고 있습니다. -
4:22 - 4:26현실에서 뜨거운 물체가
더 뜨거워질 확률은 -
4:26 - 4:28터무니없이 낮습니다.
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4:28 - 4:30절대 일어나지 않습니다.
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4:30 - 4:32얼음은 녹고
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4:32 - 4:33크림은 섞이고
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4:33 - 4:35타이어의 바람은 빠집니다.
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4:35 - 4:40이 상태가 본래보다 에너지가 더 많이
분산되기 때문입니다. -
4:40 - 4:44신비로운 힘으로 더 높은 엔트로피를
향해 가는 게 아닙니다. -
4:44 - 4:49더 높은 엔트로피가 될 확률이
통계학적으로 더 높은 것뿐입니다. -
4:49 - 4:52그래서 엔트로피를
시간의 화살이라고 부릅니다. -
4:52 - 4:57에너지는 분산할 기회가 오면
분산할 것입니다.
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- 엔트로피란 무엇일까요? |제프 필립스(Jeff Philips)
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전체 강의 보기: http://ed.ted.com/lessons/what-is-entropy-jeff-phillips
화학과 물리학에서 매우 중요한 개념이 있습니다. 왜 물리 과정이 한 방향으로만 진행되고 다른 방향으로는 진행되지 않는지 설명합니다. 왜 얼음이 녹는지, 왜 커피에 크림이 퍼지는지, 왜 구멍 난 타이어에서 공기가 새는지와 같은 과정들 말입니다. 이를 엔트로피라고 하며, 매우 이해하기 어려운 개념입니다. 제프 필립스가 엔트로피에 관해 특별 강의를 해드립니다.
강의: 제프 필립스(Jeff Philips)
애니메이션: 프로빈시아 스튜디오 (Provincia Studio.) - Video Language:
- English
- Team:
closed TED
- Project:
- TED-Ed
- Duration:
- 05:20
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