물리법칙으로 살펴본 에너지 유형

물리법칙으로 살펴본 에너지 유형

 

수많은 물리법칙이 있습니다. 과학시간에 배웠던 물리법칙들이 지금은 기억이 가물가물하지만, 크게 운동에너지와 위치에너지는 기억이 나네요.

 

물리법칙은 운동에너지, 위치에너지, 열역학 등 종류가 그래도 꽤 있으며, 우리는 그런 물리법칙 아이디어로 수많은 에너지 발전소를 만들어 사용해오고 있습니다.

 

오늘은 여러 물리법칙들을 정리해보고 거기에 파생된 재생에너지 발전소들이 어떤 것들이 있는지 살펴보도록 하겠습니다.

 

 

1. 역학

역학은 물리학의 가장 기본적인 부문입니다. 물체에 작용하는 힘과 물체의 운동과의 관계를 물리 법칙으로 해석하고 이론을 정립하였으며, 우리가 과학시간에 배운 운동에너지, 위치에너지가 해당 이론에 포함이 됩니다.

 

역학 에너지 보존 법칙으로 특정 에너지를 다른 에너지로 바꿀 수 있는 아이디어를 얻었으며, 이 이론으로 많은 발전소들이 생겼습니다.

 

대표적으로 수력발전소도 해당 이론에 근거하여 만들어진 거라고 할 수 있습니다. 앞으로도 여러 기술들이 발전하다 보면 역학적 에너지를 활용한 신재생 에너지 발전소가 나올 수 있을 거 같습니다.

 

 

 

2. 열역학

열역학은 에너지, 열, 일 엔트로피의 관계를 다루고 있는 물리학 분야입니다. 물질이나 에너지를 서로 교환하는 과정이 있으며, 이를 이용해 지열발전소나 태양열 발전소를 운용할 수 있게 됩니다.

 

열역학에서도 제 1법칙은 에너지 보존입니다. 이렇게 역학과 열역학을 본다면, 에너지의 보존은 진리인 것 같습니다.

 

이 에너지 보존으로 결국 우리는 유용하게 발전소를 사용하여, 우리가 실생활에 전기 에너지를 사용할 수 있게 되는 것입니다. 제 2법칙은 엔트로피의 증가입니다.

 

 

열원으로부터 양의 열에너지를 뽀아서 모두 일을 할 수 있도록 전환하더라도, 다른 추가적인 효과를 동반하지 않는 순환과정은 존재하지 않는다고 합니다.

 

말이 어렵지만 순환으로 감소하거나 그런 영향이 없고 엔트로피는 절대 감소하지 않게 된다는 이야기입니다. 제 3법칙은 절대 0도의 불가능성이며, 통계적으로 절대 엔트로피에서 0이 될 수는 없으며, 절대 영도는 존재하지 않는다고 합니다.

 

이런 열역학의 법칙으로 냉장고나 산업혁명을 이끈 카르노 기관 등의 혁신을 이끌어 내었습니다.

 

앞으로도 지구온난화가 심해지고 있는데, 이런 열역학의 법칙으로 응용할 수 있는 부분이 있기를 기대하며 유용하게 쓰일 이론이라고 생각이 됩니다.

 

3. 전자기학

전자기력은 강력, 약력, 중려과 함께 구성하는 네 가지 기본 힘중 하나라고 합니다. 전기장과 자기장의 상호 관계를 도출하여 발견된 전자기력도 현재 우리의 실생활에 많이 응용되어 사용되고 있습니다.

 

전류가 자기장을 형성하고 자기장이 전류를 만드니 우리는 이런 원리로 전기에너지로 변환하여 사용할 수 있고, 반대로 스마트폰을 무선충전을 할 수 있는 것입니다.

 

전기를 만들어 내는 발전소에서 발전기의 원리로 보통 많이 사용되며, 실제로 이런 이론이 없었다면 지금과 같은 많은 발전소를 이루기에는 힘들었을 겁니다.

 

순간 든 생각이지만, 송전탑에서 고압전류가 흐르니 케이블이나 기타 기술로 자기장을 상쇄하도록 구성이 되어 있겠지만 이런 자기장을 또 이용하여 에너지로 활용할 수 있는 아이디어가 있다면 좋을 거 같습니다.

 

4. 광학

광학은 전자기파의 특성을 연구하는 응용 분야라고 합니다. 빛의 원리를 통해 여러 가지 응용 분야들도 많이 생겼지만, 태양의 빛을 렌즈로 통해 한 곳에 모아 종이에 쏘면 종이가 태워질 정도로 신기한 이론입니다.

 

이런 이론들을 이용해서도 에너지를 창출해내는 아이디어도 가능하다고 봅니다. 태양광 에너지 발전소도 이러한 원리로 광학적인 이론들이 접목이 되어 운용되는 것입니다.

 

우리가 전기에너지로 led와 수많은 전구들의 빛을 만드는 데, 밤에도 이렇게 밝게 만드는 빛을 광학적 원리로 에너지를 만들 수 있다면 더욱 혁신적일 거 같습니다.

 

낮에는 태양의 빛을 이용하고, 밤에는 인공적인 빛을 통해 에너지를 생산해낸다면, 이는 낮에도 에너지를 얻고 밤에도 에너지를 얻는 이상적인 세상이 도래하지 않을까 생각이 됩니다.

 

 

5. 원자물리학

원자의 핵이 있고 거기에 둘러 쌓여 있는 전자에 대한 이론을 정립한 물리학입니다. 전자 배치와 고립된 원자의 이론들을 알려주며, 이런 원리로 우리의 생활에 다양하게 쓰이고 있습니다.

 

가속기, 탐지기, 레이저 등의 기술이 발전하였으며, 저는 얼마전 피부과에 다녀와서 레이저 기술로 주근깨도 제거도 하였습니다.

 

양자역학과 핵물리학과도 이어지는 기본적인 이론이며, 원자력발전소에서 더 발전이 된다면, 인공태양의 기술로도 발전하여 무궁한 에너지를 만들 수 있는, 그리고 어마어마한 에너지를 만들 수 있는 근간이 되는 물리학인 거 같습니다.

 

6. 핵물리학

원자물리학의 연장선으로 핵물리학이 발전이 되었으며, 핵물리학을 통해 엄청난 에너지를 만들고 효율적인 발전소인 원자력이발전소가 나왔습니다.

 

하지만 원자력발전소의 부작용인 폐기물, 그리고 핵전쟁이라는 인류의 위험을 초래하는 부분도 있지만 그래도 우리는 포기하지 말고 연구를 해서 더 인류와 지구 생명들에게 유익한 작용을 할 수 있도록 해야 합니다.

 

7. 입자물리학

약간 생소한 물리학이며, 마블 영화의 엔트맨에서 들어본 거 같습니다. 보통 물질과 방사선 등 자연의 기본 입자를 연구하는 물리학이며, 입자는 양자장을 가지고 있어, 역학에 따라 상호작용을 하게 된다고 합니다.

 

이런 원리로 우주의 기본 입자 물체를 이해하는 과정이 생깁니다. 기본 입자를 이해한다는 것은 우주를 이루는 것이 무엇인지 이해하는 것이며, 이런 입자의 에너지를 통해 무궁무진한 응용분야가 나올 거 같습니다.