임의의 물질로 채워져 있는 공간 S를 생각해 봅시다.  이 공간 S속의 한 부분인 subspace S'을 설정하고, 이제 S'에서 일어나는 여러 물리·화학적 현상에 대해서 관심이 있다고 하겠습니다.  이러한 모형을 다음 그림으로 표현하였습니다.

   여기서 중요한 사항은 S'와 S"의 경계를 이루는 벽(wall)의 특성입니다.  벽은 system과 surrounding과의 상호작용에 대한 대부분의 성질을 결정짓기 때문입니다.  여기서는 크게 세 종류로 구분하여 다음과 같이 표현해 보았습니다.

• isolated system  :  열과 물질 두가지 모두 상호작용이 없음
• closed system    :  오직 열적 상호작용만 허용함
• open system      :  열과 물질 두가지 모두 상호작용을 허용함

   열역학적 시스템의 상태(state)를 규정해 주는 변수들 혹은 특성들을 의미합니다.  즉, 시스템의 상태는 열역학적 변수들로 구성된 함수로 표현됩니다.

따라서 모든 변수들을 안다면 동일한 시스템을 복제할 수 있을 것입니다.  대표적인 열역학적 변수들은 압력(P), 부피(V), 온도(T), N₁, N₂, … 등이 있습니다.

   이러한 변수들은 시스템의 설정에 따라 많은 종류로 나타날 수 있습니다.  그러나 그 시스템의 상태를 정확하게 알기 위해서 이러한 변수들을 모두 알 필요는 없습니다.  왜냐하면 각각의 열역학적 변수들은 서로가 상호작용하는 부분이 많기 때문입니다.  이러한 이유로 열역학적 시스템을 정확하게 정의하기 위한 최소 변수들을 조사하는 것은 매우 의미있는 작업이 됩니다.  이처럼 열역학적 시스템의 상태를 단일하게 정의하기 위해 필요한 최소한의 변수들을 특별히 독립 열역학적 변수들(independent thermodynamic variables)이라고 부릅니다.

   변수들을 분류하는 방법 중 하나로 부피의 변화에 관하여 생각해 볼 수 있습니다.  다음 그림처럼 동일한 두 시스템을 합쳐서 새로운 시스템을 만들어 보겠습니다.

시스템이 합쳐지기 전과 후를 살펴보면 값이 두배로 변하는 변수와 변하지 않는 변수가 있음을 알 수 있습니다.  부피(V)는 두 시스템이 합쳐짐과 함꼐 두배로 바뀌었으나 온도나 압력은 처음의 상태를 그대로 유지하게 됩니다.  이처럼 이러한 차이를 구분하기 위하여 다음과 같이 두가지의 상태량을 구분하여 사용하게 되었습니다.

• 변하지 않는 변수(상태량)  :  강도성 상태량(intensive variables)  P, T, μ₁, μ₂, …
• 2 배가 되는 변수(상태량)  :  종량성 상태량(extensive variables)  V, S, N₁, N₂, …

여기서 한가지 중요한 관점으로, 평형상태에 있는 시스템에서 강도성 상태량(intensive variable)들은 반드시 유일해야 한다는 점입니다.

|  복영근(Pock. young-keun)  |  www.peaceone.net  |  dreamer@peaceone.net  |

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