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왜 영구기관은 작동하지 않을까요? - 네타 슈람(Netta Schramm)

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    서기 1159년 경에
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    바스카라라는 이름의 수학자가
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    수은을 담은 곡선 모양의 통이 있는
    바퀴 도안을 그렸습니다.
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    그의 생각에, 바퀴가 돌면
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    통 안의 수은이 바닥 쪽으로 흘러서
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    바퀴 한쪽이 늘 다른 쪽 보다 무거워지고
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    그 불균형으로 바퀴가
    영원히 돌 거라고 추측했죠.
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    바스카라의 도안은 영구기관의
    초기 디자인 중 하나였습니다.
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    외부에서 힘을 공급받지 않고도
    영원히 움직이는 기관이죠.
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    풍차를 돌리기 위해 필요한 바람을
    풍차가 직접 만든다고 상상해보세요.
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    또는 자기가 내는 빛으로
    전력을 공급받는 전구도 있겠죠.
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    이런 장치들은 많은 발명가들의
    상상력을 불러일으켰습니다.
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    이런 기관들은 인간과 에너지와의
    관계를 바꾸어 놓을 수 있기 때문이죠.
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    예를 들자면, 어느 영구기관을 만들어서
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    완벽하게 효율적인 시스템의 일부로
    인간을 포함시킬 수 있다면
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    인간의 생명을 영원히
    유지할 수 있을 것입니다.
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    그런데 단 한 가지 문제가 있습니다.
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    작동하지 않는다는 것이죠.
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    모든 영구기관에 대한 개념은
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    적어도 하나의 열역학
    기본 법칙을 위반합니다.
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    이 법칙은 물리학의 한 분야로서
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    다른 종류의 에너지들 사이의
    관계를 정의하는 법칙입니다.
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    열역학 제1법칙에 따르면 에너지는
    생성되거나 없어질 수 없습니다.
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    처음 투입한 것 이상의 에너지가
    나올 수 없다는 것이죠.
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    이 법칙 때문에 유용한
    영구기관은 존재하지 않습니다.
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    기계는 오직 자신이 받은 만큼의
    에너지만 생산할 수 있기 때문이죠.
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    자동차 시동을 걸거나 휴대폰을 충전할
    전력이 새로 나오진 않을 것입니다.
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    하지만 기계가 계속 움직이게만
    하는 것은 어떨까요?
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    발명가들은 여러 아이디어를 제안했죠.
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    그 중 몇몇은 바스카라의 불균형
    바퀴를 변형한 것이었습니다.
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    굴러가는 공이나 회전 막대에 달린
    추를 이용하는 방법이지만
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    어느 것도 작동하지 않습니다.
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    이동하는 부분은 바퀴의 한쪽을
    무겁게 만들기도 하지만
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    무게 중심을 회전축보다
    아래쪽으로 옮기기도 합니다.
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    무게중심이 낮아지면
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    바퀴는 그저 진자처럼
    앞뒤로 왔다 갔다 하다가
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    멈추어 버립니다.
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    그렇다면 달리 접근해볼까요?
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    17세기에 로버트 보일은
    새로운 아이디어를 생각해냅니다.
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    스스로 물을 공급하는 항아리죠.
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    그의 이론에 따르면
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    액체와 물체 표면 사이에 발생하는
    인력인 모세관 현상에 의해
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    가는 관 속으로 물이 빨려 올라가면서
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    그릇에서 물이 끊임없이 순환하도록
    할 수 있다는 것입니다.
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    하지만 만약 모세관 활동이 중력을 극복하고
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    물을 빨아올릴 정도라면
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    물이 다시 그릇 안으로
    떨어지는 것도 막을 것입니다.
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    자석을 사용한 경우도 있습니다.
    이 한쌍의 경사로와 같이 말이죠.
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    꼭대기의 자석에 의해
    공이 위로 끌려올라갔다가
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    구멍으로 떨어집니다.
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    이 순환이 반복되는 것이죠.
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    스스로 물을 채우는 항아리처럼
    이 장치도 실패합니다.
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    자석이 공을 꼭대기에
    붙잡아 놓기만 하기 때문이죠.
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    어떻게 해서 작동한다고 하더라도
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    시간이 흐르면 자석의 세기가 줄어들어
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    결국은 작동을 멈추게 됩니다.
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    이런 영구기관들이 계속 작동하려면
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    추가적인 에너지를 만들어서
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    장치가 멈추는 경계점을
    뛰어넘어야 합니다.
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    열역학 제1법칙을 위반하는 것이죠.
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    몇몇은 작동하는 것처럼
    보이는 것도 있습니다.
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    하지만 실제로는 하나같이 에너지를
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    외부에서 끌어오는 것으로 드러납니다.
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    비록 기술자들이 열역학
    제1법칙을 위반하지 않는 기계를
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    설계할 수 있다고 하더라도
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    여전히 현실에선 작동하지 않습니다.
    열역학 제2법칙 때문이죠.
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    열역학 제2법칙에 따르면
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    마찰 등의 과정에서
    에너지가 분산됩니다.
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    실제 영구기관은 움직이는 부분이나
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    공기 또는 물 분자와
    상호작용하게 될 것이며
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    약간의 마찰과 열을 발생하게 됩니다.
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    이는 진공 상태에서도 마찬가지죠.
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    그 발생된 열이 바로
    에너지 손실입니다.
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    그 때문에 에너지가 계속 소실됩니다.
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    장치를 움직일 수 있는
    에너지의 양이 줄어들게 되고
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    결국 장치는 작동을 멈추게 됩니다.
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    지금까지 이 두 가지 열역학 법칙들이
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    영구기관에 대한 모든 아이디어와
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    완벽한 효율적 에너지 생산의
    꿈을 방해하였습니다.
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    하지만 영구기관은 절대로 없다고
    단정짓기는 어렵습니다.
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    왜냐하면 우주엔 아직도
    우리가 모르는 것들이
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    너무나 많기 때문이죠.
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    어쩌면 전혀 새로운 형태의
    물질을 발견해서
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    열역학 법칙을 수정해야 할지도 모릅니다.
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    아니면 양자 단위에선
    영구기관이 있을지도 모르죠.
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    확신할 수 있는 것은 우리가 연구를
    멈추지 않을 것이란 사실입니다.
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    현재로서는 진정으로 영구적인 것은
    우리의 탐구뿐인 것 같습니다.
Title:
왜 영구기관은 작동하지 않을까요? - 네타 슈람(Netta Schramm)
Speaker:
Netta Schramm
Description:

전체 강연 보기: http://ed.ted.com/lessons/why-don-t-perpetual-motion-machines-ever-work-netta-schramm

외부의 에너지 유입 없이 영원히 작동하는 기관인 영구기관은 우리와 에너지 사이의 관계를 완전히 바꾸어 놓을 수 있기 때문에 수많은 발명가들의 상상력을 불러일으켰습니다. 그런데 여기에는 오직 한 가지 문제가 있습니다. 작동하지 않는다는 것이죠. 왜 그럴까요? 네타 슈람이 영구기관의 함정을 설명합니다.

강연: Netta Schramm / 애니메이션 제작: TED-Ed.
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:31

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