이상 기체의 T-S도는 살짝 언급만 할 뿐 자세히는 소개하지 않습니다. 그래서, 제가 출제위원이라면 한 번 문제를 내어봐도 되겠다고 생각을 한 적이 있는데, 사람의 생각은 비슷한지 시험에서 출제된 적이 있더라구요. 이전에 배운 것들을 잘 정리하고 이해하면 내용자체는 어렵지 않습니다. T-S 도 자체가 어려운게 아니라, 그전에 배운 내용을 잘 정리하지 못하기 때문에 어려울 수는 있습니다.
이상 기체 T-S 도
이상 기체의 상태를 기술하기 위해서는 압력(P), 부피(V), 온도(T), 엔트로피(S) 의 상태값을 알고 있어야합니다. 이 상태값들은 이상기체의 경우 PV=nRT (n: 몰수, R : 기체상수) 의 관계를 가지고 있습니다. 상태가 변하는 과정은 여러방법이 있겠지만, 어느 한 변수를 고정시킨 상태변화에 대해서는 계산도 쉽게 할 수 있어 4가지 과정을 따로 배우고, 4가지 과정을 P-V 관계를 그려서 P-V 도라고 합니다.
물론 과정에서 T와 S도 변하는데, 이를 따로 계산한 바 있습니다.(이상기체 4대 과정 참조) 그 결과를 다시 그림으로 T-S 관계를 그릴 수 있습니다.
그림의 o-a 과정이 등적(정적) 과정, o-b 과정이 등압(정압)과정, o-c 과정이 등온 과정, o-d 과정이 단열과정입니다. ( 왼쪽과 오른쪽의 a,b,c,d 가 같은 상태는 아닙니다. 왼쪽은 그냥 Sf 가 같을 때의 T 를 비교하기 좋도록 그린 것입니다. 오른쪽은 Vf 가 같을 때 P 를 비교하기 좋도록 그린 것입니다. )
T-S도 와 열출입
P-V 도에서는 
단열과정을 제외하고는 열출입이 있습니다. o에서 a,b,c 로 가는 과정은 모두 열이 기체로 들어오는 과정입니다. 즉 적분했을 때, (+) 값이 나오면 들어온 열량이 됩니다. 등온 과정에서는 직사각형이 되므로 
P-V 와 달리, T-S는 관계 함수 자체가 복잡하기 때문에 이 면적을 직접 적분해서 구하라고 시험에 출제하기에는 부담스러운 부분이 있습니다.
T-S도 와 카르노 순환
T-S 도를 기억하면 가장 좋은 장점은 카르노 순환에서 열출입을 이해하기가 좋다는 점입니다.
그림은 카르노 순환의 T-S도 와 P-V도를 그린 것입니다. (이 예제는 시계 방향의 순환과정을 거칩니다.여기서든 각 점의 상태는 왼쪽,오른쪽이 같습니다.)
오른쪽은 자주 본 그림으로 회색으로 칠한 면적이 한 순환과정을 거친 동안 한 일의 양(W)을 나타낸것입니다. 하지만, 열출입양은 아주 이해하기가 어렵니다. 그러나, 왼쪽 그림을 보면 아주 단순합니다.
T2 에서 오른쪽으로 갈 때, 들어온 열량 Q2 는 T2*(S2-S1) 이 될 것입니다.
T1 에서 왼쪽으로 갈 때, 나간 열량 Q1 은 T1*(S2-S1) 이 될 것입니다.
한 순환과정에서 최종 출입한 열량은 Q2-Q1 일 될것입니다. 이 만큼이 기체가 한 일 W 와 같게 됩니다.
기체에 들어온 열량 Q2 와 나간 열량 Q1 의 비는 온도 T2 와 T1 의 비와 같습니다.
Q1 : Q2 = T1 : T2
란 관계를 억지로 외울 필요없이도 그림만 봐도 쉽게 이해 할 수 있습니다.
정리
T-S도는 이상기체의 상태를 표시하는 4개 변수중 T와 S 를 중심으로 살펴보는 것으로, 열출입을 이해하는데 도움이 됩니다. 특히 등온과정과 단열과정으로 이루어진 카르노순환을 쉽게 이해하는데 도움이 됩니다. 물론, 이 관계를 찾아내는데는 앞에서 배운 모든 지식이 잘 정리되어있어야만합니다.
기출문제
공무원 7급 국가직 물리학개론 문제에 2017년 출제된 적이 있습니다.
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