BEMIL 쉼터
왜 열은 고온에서 저온으로 흐를까
무생물의 금속재료도 인간처럼 감각이 있을까?
공학을 전공하고 실제에 부딪히면 무생물도 인간과 유사함을 알게 될 것이다.
그들도 추위와 더위를 타고, 피로를 느끼고 스스로 환경에 적응하는 능력을 가지고 있다.
이런 맥락을 근간에 깔면 제품 설계에 장비의 정비나 수명에 또는 검사에 간접적인 판단의 중요한 근거를 제공해 줄 것이고 안목을 넓히게 된다.
기계에도 피로파괴가 일어나고 추운 날이 더운 날 보다 잘 부러진다.
인간들처럼 주변 환경이 나쁘면 싫다는 거부 반응을 나타낸다.
세상의 원리란 우주 공통이다. 인간의 심성에도 작용하고 자연의 모든 물체에도 작용한다.
왜 열이라 부르는 것은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로만 항상 흐르는지,
왜 가장 낮은 온도는 Kelvin의 절대 온도 (-273도)이고 그 이하는 내려 갈수가 없는가?
고온의 한계는 이론상 상한이 없다. 수천 수만 수억度도 존재 할 수 있다.
기체에서는 절대온도가 되면 분자는 운동을 정지하고, 움직임이 없으니 압력도 없게 된다.
기체의 온도는 분자의 속도의 제곱에 비례 한다.
과학자의 말을 믿을 수밖에 없는데, 먼저 가벼운 과학적인 지식을 짚고 넘어가야 한다.
아브가도르 상수라는 것은 기체 1mole에는 6x10 에 23승개의 분자가 있다.
얼마나 많은 개수냐 하면 1초에 백 만개를 셀 수 있는 컴퓨터로 190億년을 세어야 한다.
PV=nRT란 화학쟁이 들이 사용하는 낮 익은 기체방정식이 기억 날 것이다. R(=8.3143 m3·Pa·K-1·mol-1)은 이상기체 상수이다.
볼츠만 상수 k =R/아브가도르 수
볼츠만은 기체 상수 R을 이브가도르 수로 나누어 표현했고, 개별 입자의 에너지와 집단의 온도를 연결한다. 단위는 Entropy와 같다.
엔트로피 S=dQ/dT 이며 항상 양의 수이다. 그것은 이 세상은 엔트로피가 증가 하는 방향으로 진행한다는 기본 원리이다.
(엔트로피는 세상의 모든 과학 이론 가운데에서 가장 신뢰 할 수 있는 법칙이다. 언젠가는 엔트로피를 제외한 타 법칙은 새로운 천재들에 의해서 Newton의 운동법칙이 아인슈타인의 상대성 이론에 의해 달리 해석 되듯이 바뀔 수도 있다. 그렇다고 뉴톤이 틀린 것은 아니다. 어디에다 기준을 두느냐의 문제이다)
우리가 느끼는 어떤 물체의 거시적 온도란 위에서 언급 하였듯이 개별 입자들의 운동에너지 총화이다. 그 개별 입자의 수는 190억년을 헤아려야 되는 인간의 머리로는 이해 할 수없는 수이다. 입자의 운동 속도는 차이가 날 것이니 분석하기는 불가능의 영역이다.
그래서 나온 것이 통계역학이다. 공학에서도 확률이란 것과 더불어 중요한 수학적인 사고의 과학에의 접목과 발전임에는 틀림없다.
왜 고온에서 저온으로 흐르나?
그것은 확률에 있다.
위에서 언급한 것을 머리에 기억하면서 다음을 생각해 보자.
100대의 자동차가 고속도로에서 평균 80Km/h 달리게 하는 것이 20Km/h 달리게 하는 것 보다 경우의 수가 훨씬 더 많다.( 80km 1+159,2+158 ......, 20km, 1+39,2+38...이니깐)
자동차를 입자라 생각하면 얼음과 뜨거운 물의 조합에서 각각의 입자는 섞이어 거시적으로 미지근한 물로 될 경우의 수가 더 뜨거운 물과 더 차가운 얼음의 조합으로 될 경우의 수 보다 훨씬 많다.
물론 뜨거운 물과 얼음으로 될 확률도 있지만 이 우주가 億萬怯을 윤회해야 일어날 확률일
것이다.
(열역학적으로 증명도 하지만 머리로는 이런 현상은 이해가 잘 가지 않는다. 또 하나의 예를 들면 100도 고온부 A 집단과 40도 저온부 B가 섞인다면 입자 개개로 보면 고온부 입자 중에서 극히 일부는 저온부이 극히 일부의 입자보다 속도가 느린 입자가 있다. 이 입자가 부딪히면 온도는 거시적으로 저온에서 고온으로 흐른다. 그러나 오래가지 못한다. 왜냐하면 더 많은 갯수가 부딪히게 되기 때문이다.
이렇게 되면 확률적으로 고온부에서 저온부로 흐를것이다)
왜 기계엔지니어들에게 이런 이야기를 하는가 하면 ,어떤 상황이 머리로 이해가 안 가면 의심이 생기고 결정에 주저하기 때문이다. 우리가 접하는 기계의 모든 부품들도 의인화 하게 되면 기계공학에서 이야기하는 많은 이론과 원리들이 머리로 다가올 것이다.
그러면 소재 Mill sheet에 관하여 간략히 설명한다. Mill의 사전적 의미는 방앗간,제분소인데 아마 옛날에 공장의 에너지 원으로 風車나 水車를 이용한 것에서 유래 되어서,
제조설비나 Line에서 생산되었기 때문에 Mill Sheet 로 통용되는 것 같다.
(24“ Pipe Mill, Hot Rolling Mill, Cold Rolling Mill ,Mini Mill등)
보통 Mill sheet는 수요자의 요구 Code에 의해서 작성되는데 기본적으로 화학, Mechanical Property, 열처리 여부 ,Heat No, Test 방법 등이 표현 된다.
판재나 주조 단조 사이에는 약간의 차이도 있지만 동일하다고 보면 된다. 화학 기계적 성질의 검사를 Mill MAKER 에 일임하느냐 입회하느냐에 따라 다르지만, 보통 화학성분은 판재 같은 경우에는 Ladle 분석을 따른다.
Heat Number(Charge Num)란 판재 공장인 경우엔 제강 공장에서의 전로 기준, 주강이나 주조는 전기로의 용탕 기준으로 동일 번호가 부여된다. 경우에 따라서는 실 제품에서 시편을 채취하여 분석을 하는 경우도 있다.
그러나 POSCO, 현대제철 등은 신뢰 할 수 있는 제철소이므로 특수한 경우가 아니면 할 필요는 없을 것이다.
제철소에서도 시편을 관리하고 Test 하는 것이 워낙 종류와 건수가 많아서 무척 복잡한 일 중의 하나이고 시편가공에 로보트를 사용하기도 한다. 요즈음은 Mill Sheet를 On Line에서 직접 Print하게 한다.
소량의 것은 시중에 몇 단계를 거치면서 mill sheet의 신뢰성이 문제가 발생 한다. 2016.7.3
넓은 들판에 호수가 있어 그 물이 맑고 깨끗해도
그것을 쓰는 사람이 없으면 스스로 말라 없어진다.
이처럼 아무리 귀한 재물일지라도
어리석은 사람이 가지고 있으면 자기를위해서 쓰지도 못하고
남을 위해 베풀지도 못하면서 모으고 지키느라 걱정만 하다가 임종과 함께 잃어버리고 만다.
지혜로운 사람은
남을 위해 쓸줄도 알고 자기를 위해 쓸줄도 알아 그 목숨을 마친 뒤에는 천상에 태어나게 된다
(잡아함경)
