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소개 1
1. 기체의 3대 법칙과 이상기체 3 2. 이상기체와 실제기체의 차이 25 3. 열에너지에 의해 무작위로 움직이는 입자의 속도분포함수 59 4. 물질의 전달 (분출과 확산) 83 5. 에너지 및 운동량 전달 (열전도와 점성도) 121 6. 이온전류 및 저항 133 7. 간단한 화학반응의 속도법칙 149 8. 복잡한 화학반응의 속도 법칙 185 참고문헌 208 |
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로버트 브라운은 영국의 식물학자인데, 1827년 이 과학자는 물 위에 떠 있는 직경 약 5 μm의 꽃가루들이 스스로 움직인다는 사실을 발견하게 된다. 현미경으로 절제된 조건에서 조심스럽게 관찰한 결과 이 움직임은 물의 대류, 바람 등에 의한 것은 아니었으며, 무작위적인 움직임을 나타내었다. 당시 이 움직임의 원인에 대해서는 밝혀지지 않았으며, 이러한 종류의 무작위적인 움직임을 이후 “브라운 운동”이라는 이름으로 부르게 된다. 이러한 브라운 운동의 원인에 대해 최초로 설명을 시도한 과학자는 아인슈타인이었는데, 그는 1905년 그의 논문에서 이러한 움직임의 원인으로 꽃가루와 물 분자의 충돌을 지목하였다. 그는 아래 그림과 같이 꽃가루는 주변 물 분자들과 끊임없는 충돌을 계속하고 있는데 순간적으로 물 분자들의 충돌이 비대칭적으로 일어나게 되면 꽃가루는 한쪽으로 힘을 받게 되어 움직이게 된다고 설명하였다. 물 분자들의 크기가 너무 작아서 우리 눈에 충돌 모습이 보이지 않으므로 마치 꽃가루만 살아서 무작위적으로 움직이는 것처럼 보이는 것이라고 그는 설명하였다.
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[저자서문]
2022년 직접 집필한 교재가 출판되었을 때만 하더라도 두 번째 교재가 언제쯤 완성될까 했었는데 드디어 오늘 출판 마감일을 하루 앞두고 완성되었다. 근 3년이라는 기간 동안 틈틈이 본 교재를 집필하느라 정말 많은 노력을 기울였고 긴 시간이 걸렸다. 특히, 필자의 경우 기존 교과서들의 설명을 그대로 베껴오지 않고 새로운 관점에서 과학 초보자들도 쉽게 이해할 수 있는 방식으로 설명을 시도하다 보니 더 많은 노력과 수고가 필요했다고 생각한다. 이처럼 교재 집필에는 많은 시간과 노력이 할애됨에도 불구하고 완성된 교재는 연구논문에 비해 실적으로 크게 인정되지 않는다. 그러다보니 많은 과학자들이 교재를 집필하기보다는 연구논문 출판에 더 많은 노력을 기울이고 있으며 때로는 교재 집필 자체를 의미 없는 일로 치부해 버리는 경우도 있다. 실제로 동료 과학자들로부터 필자도 비슷한 소리를 여러 번 들은 경험이 있다. ‘의미 없는 일이다’, ‘차라리 연구논문을 한 편 더 써라’, ‘도대체 왜 교재를 쓰는거에요?’라는 등 다양한 얘기들을 주변으로부터 듣곤 한다. 그럴 때마다 특별한 대답은 하지 않고 옅은 미소만 띄우곤 하지만 필자에게는 교재를 집필하는 뚜렷한 목적이 있다. 필자에게 있어서 교재 집필의 가장 큰 목적은, 고급 두뇌를 가진 특수 계층의 전유물로 전락할 수 있는 또는 이미 전락해 버린 과학을 일반 대중들 또는 일반 전공자들에게 돌려주기 위함이다. 특히 물리학의 경우 원래 어렵다는 인식 속에 일반 대중들은 접근조차 하지 않으려 하고 있으며 전문가들은 일반 대중들에게 자세한 내용을 알리려 하지 않고 수박 겉핥기식 지식만 전달하려는 분위기가 형성되어 있다. 반면에 일반 전공자들에게 제공되는 내용은 지나치게 어렵게 구성되어 있거나 불친절하게 설명이 되어있어 일반 전공자들이 진입하기 어렵게 되어있다. 아마 전문가들 일부는 이러한 문제점을 이미 인식하고 있는지 모른다. 그럼에도 불구하고 전문가들이 일반 전공자들을 위한 친절한 교재 집필에 소극적인 이유는 아마도 위에서 언급한 것과 같이 현실적 이득이 고려된 교재 집필에 대한 낮은 가치판단 때문인지 모른다. 필자에게 대다수가 가는 넓은 길을 거부하고 좁은 길로 가려는 성향이 없었다면 필자도 대다수 동료 과학자들처럼 교재 집필을 시도하지 않았을 것이다. 필자의 취미 중 하나는 학교 도서관에 가서 이책 저책 꺼내서 보는 일이다. 연구실에서 업무에 시달리고 있을 때 가끔은 도서관에 가서 이책 저책 꺼내 보다 보면 예전 대학생, 대학원 시절이 떠오르기도 하고, 많은 책들을 보다 보면 학구열이 다시 불타오르기도 한다. 하루는 도서관에서 이책 저책을 꺼내 보다 한 책을 보고 놀란 적이 있다. 그 책은 두껍고 오래전에 출판된 교재였는데, 이름을 잘 알고 있는 과학자가 쓴 책이었다. 나에게는 익숙한 분야였지만 상당히 어렵게 쓰여 있어서 그런지 읽기는 쉽지 않았다. 저자가 과학사에 잠깐 등장하는 이름이라 내심 속으로 평가절하하고 있었는지 모르겠지만 그 두껍고 어려운 책을 썼다고 하니 그 과학자가 다르게 보였으며 “내가 생각했던 것보다 훨씬 뛰어난 과학자였구나”라는 생각을 새삼 할 수 있었다. 동시에 또 한가지 놀란 점은 그 책이 오래전에 출판되었음에도 불구하고 상당히 새것처럼 보였다는 것이다. 관리를 잘한 덕분일 수도 있고 교재에 사용된 종이의 재질이 좋은 것일 수도 있지만, 한 편으로는 책이 너무 어려워서 아무도 읽지 않거나 읽지 못했던 것일수도 있다는 생각이 들었다. 저자는 살아생전에 저 책을 쓰기 위해 몇 년을 소비했을지 모르지만 정작 아무도 읽지 않는, 그래서 나 같이 도서관을 배회하는 취미를 가진 사람이 아니었으면 발견되지 않았을 책이 되어버린 현실을 생각하니 저자의 모습이 안타깝게 느껴지기도 했다. 어쩌면 그 과학자의 얘기만이 아닐수도 있다는 생각에 공감하게 되었는지 모른다. 몇 년에 걸쳐서 쓴 내 책도 먼 훗날 저런 신세가 될지 아무도 모르는 일이기 때문이다. 어떤 사람의 책이 유명세를 타는 일은 그 책이 얼마나 잘 쓰여져 있느냐 보다도 그 책을 쓴 사람의 인기에 비례하는 경우도 많이 있기 때문에, 살아 있을 때 유명세를 타지 못하면 훗날 내 책도 도서관 한구석에 마치 새 책인 양 꽂혀 있을 수도 있는 일이다. 본 교재가 많은 일반 전공자들에게 널리 읽혀지게 되기를, 그리고 그러한 과정을 통해서 일반 전공자들이 관련 전공 분야에 쉽게 진입할 수 있게 되기를 바라고, 살아생전에 그 가치를 여러가지 이유로 받게 되지 못하더라도 먼 훗날 어느 누군가에 의해 그 가치가 재발견될 수 있게 되기를 바란다. 2025년 4월 광주에서 임종국 |