irreversible한 과정은 짧은 시간에 빠르게 진행되기 때문에, 입자들도 빠르게 움직이면서 열을 발생시키는 거 아닐까...?

한줄 의견을 남깁니다. 책의 41페이지 예를 가지고 설명하겠습니다. 우선 irreversible process와 irreversible process를 나누어 생각해봅시다. reversible process일 경우일때가 최대의 일을 하게 되므로 그것을 Wmax라고 하고 irreversible process일 경우 일의 양을 그냥 W라고 합시다. 두 일의 양의 차를 보면 Wmax-W만큼 차이가 나는데 이는 irreversible process의 경우는 그 차이만큼의 일을 하지못하고 열로 손실해 버리게 되는 겁니다.(이 부분이 교수님이 말하신 터뷸런스같습니다). 그리고 델타U는 state function이므로 irreversible process 와reversible process 경우 모두 같아야하므로 Wmax-W=Qrev-Q(Qrev는 reversible process의 reservoir에서 받은 열량,Q는 irreversible process의 reservoir에서 받은 열량)라고 할 수 있습니다. irreversible process과정에서 water+vapor system의 엔트로피의 변화량을 표시하면 dS=Q/T+(Qrev-Q)/T가 되는 것입니다. 즉, 우변의 (Qrev-Q)/T 항에서 Qrev-Q는 앞에서 말한 Wmax-W(Mechanical energy->Thermal energy)에 의해 degrade된 열량 인 것입니다. 정리하자면, 민구님께서 말한 △Sirr 의 정체는 reversible process와 irreversible process의 일의 차이만큼의 일이 열로 degradation이 일어나면서 발생하게된 (Qrev-Q)/T가 되는 것입니다.
저의 허접한 답변이었습니다. 잘못된점있으면 거침없이 하이킥!

엔트로피는 state function이기 때문에 위에서 든 예에서 reversible이든, irreversible이든 delta S 값은 동일하게 나와야 합니다. cylinder가 온도 T의 heat reservoir와 열적 접촉을 하고 있으므로, 등온 과정에서 w=q가 됩니다. reversible process의 경우, 외부압의 변화는 무시 가능할 정도로 작다고 보므로 기체는 팽창시 q_rev=w_max=(P_ext - delta P)V 의 열을 공급받고 따라서 엔트로피 변화는 q_rev/T가 됩니다(V는 기체의 molar volume). irreversible의 경우에는, 외부압을 급격히 변화시키므로 q=w=(P_ext - △P)V 의 더 적은 열이 reservoir에서 cylinder로 전달됩니다. 이 때 비가역 과정에서의 엔트로피 변화를 q/T로만 생각해주면, 두 과정에 대한 엔트로피 변화가 같지 않게 되고, 따라서 이 둘의 값을 같게 하기 위해 △Sirr의 도입이 필요합니다. 실제로, △Sirr는 위에서 설명하신대로 두 과정에서 수행한 일의 차이에 해당하는 양이 degrade돼 발생한 열로 설명되는 것 같습니다. 마찰을 무시하는 가역 과정과는 달리, 비가역 과정에서는 마찰에 의해 열이 발생하고, 또 외부압의 급격한 변화로 기체가 급격하게 팽창해 turbulence가 생겨 열이 발생한다고 볼 수 있을 것 같아요.

자경님의 의견은 교수님이 말해주신 엔트로피는 state function이라는 개념에 근거한거구요

제 의견은 아직(제가 책으로 읽고있는부분;;) state function이라는 사실을 모를때에는

저렇게 할 수 있다는 것을 말해드리고 싶스니다~

△Sirr의 도입의 필요성은 이해하였으니 그 크기가 꼭 qrev/T- q/T가 되어야 할까요 ?

왠지 끼워맞춘듯한 느낌이 없지 않네요 .

답변주셔서 감사합니다.ㅎ

entropy는 state function이기 때문에 처음과 나중 상태에만 영향을 받습니다. 따라서 그 과정이 reversible 이건 irreversible 이건 deltaS는 같아야 할 것 같습니다. 따라서 △Sirr = qrev/T- q/T 이 되어야 할 것 같습니다.

State function 을 굳이 자연현상을 describe하는데 이용하려는 이유는 treatment가 쉽기 때문입니다. process와 무관하기 때문에(path - independent라고 하죠) 우리가 쉽게 계산할 수 있는 path를 설정하여 그 값을 계산해 놓고 나면 언제 어디서나 (initial 과 final의 조건이 같다면) 그 Delta값을 가지는 것이 State function이라는 거죠. 그러다 보니 이래 저래 조건이 붙게 되고, 교수님께서 말씀하셨듯이 이때까지 나온 State function만으로는 자연현상을 완전히 descirbe하는게 어렵더라- 이거죠. 강민구 학생이 끼워맞춘 듯 하다고 했는데, 끼워맞춘거 맞습니다. 다만, "잘" 끼워맞췄기때문에 우리가 인정하고 쓸 수 있는거죠.