이 책은 수천∼수만 도의 높은 온도에서 발생하는 원자와 기체 분자의 화학적 변화, 즉 플라즈마 상태에서의 화학반응을 열역학적 관점에서 소개한다. 이 책의 저자들은 한국기계연구원에서 지난 30년간 산업용 플라즈마 발생과 이를 활용한 화학반응 공정기술을 연구하였다. 이에 따라 이 책에서는 오랜 기간 저자들이 직접 얻은 플라즈마 관련 여러 자료와 실험 결과들을 제시할 수 있었고, 이들 플라즈마 지식이 우리가 지금껏 알고 있던 열역학과 어떻게 연계되어 있는지를 소개할 수 있었다.

머리말 _ 3 제1장 원자와 분자의 에너지 ……… 9 1-1. 빛에 대한 이해: 양자역학의 출발점 _ 11 1-2. 원자와 분자의 지문: 원자 및 분자의 스펙트럼 _ 14 원자와 분자의 가짓수 _ 14 원자와 분자의 지문: 빛의 스펙트럼 _ 15 원자와 분자의 내부 에너지 _ 17 병진, 회전 및 진동 에너지 및 전자전이 에너지의 상대적 크기 비교 _ 19 분자의 스펙트럼 _ 22 1-3. 원자와 분자의 내부 에너지 변화가 일으키는 자연 현상(빛의 방출, 열 방출, 화학반응, 이온화) _ 25 복사 감쇠 및 비복사 감쇠, radiative relaxation과 non-radiative relaxation _ 26 화학반응 및 이온화 _ 29 LIF, Laser Induced Fluorescence _ 33 1-4. 빛의 종류와 에너지: 뜨거운 적외선보다 더 높은 에너지를 가진 자외선 _ 35 1-5. 빛과 전자기파: 다른 듯 같은 존재 _ 41 빛의 투과 _ 42 고체에 대한 전자기파의 투과력(1): 마이크로파 _ 45 고체에 대한 전자기파의 투과력(2): X-선 _ 46 1-6. 흑체 복사: 고전역학의 실패 그리고 양자역학의 태동 _ 47 Rayleigh-Jeans의 빛의 세기에 대한 수식 유도 및 자외선 파탄(UV catastrophe) _ 52 Rayleigh-Jeans가 유도한 과정 _ 56 Planck가 유도한 과정 _ 58 1-7. 보이는 빛과 보이지 않는 빛 _ 60 촛불: 보이는 빛과 보이지 않는 빛 _ 60 가스 불: 푸른 불 _ 62 숯불구이가 왜 맛이 좋다고 할까? _ 63 1-8. 조명의 역사 _ 65 제2장 물질의 에너지 ……… 71 2-1. 네 가지 물질 상태: 고체, 액체, 기체 그리고 플라즈마 _ 73 고체, 액체, 기체 및 플라즈마 상태 _ 74 2-2. 기체 물리: 미시적 관점과 거시적 관점 _ 80 미시적 관점과 거시적 관점 _ 83 통계 열역학의 출발점, 분포와 확률 _ 84 정규 분포 _ 86 Maxwell-Boltzmann Speed Distribution _ 89 2-3. 미시적 관점에서 바라본 압력과 열 및 물질 전달 _ 95 열전도 계수, 점성계수, 확산계수 _ 99 2-4. 미시적 관점에서 바라본 계의 내부 에너지 _ 103 거시적 관점에서의 내부 에너지 및 엔탈피 _ 103 미시적 관점에서의 내부 에너지: 저온 조건의 내부 에너지 _ 109 2원자 분자(diatomic molecule)의 온도에 따른 비열 _111 고온 조건에서의 비열: 분자의 해리 및 이온화 _ 112 고온 조건에서의 열전도 계수 _ 115 2-5. 볼츠만 분배법칙 _ 119 왜 물리·화학에서는 자꾸만 자연 지수 함수 ex가 등장하는가? _ 125 Boltzmann distribution rule, 볼츠만 분배법칙 _ 126 분배함수: 통계 열역학과 고전 열역학의 연결 고리 _ 132 열역학적 상태함수 _ 135 Boltzmann 분배 법칙과 다른 분배 법칙 _ 136 2-6. 엔트로피: 우주의 시작과 끝을 암시하는 법칙 _ 137 Clausius의 통찰력으로 탄생한 엔트로피 _ 147 엔트로피가 암시하는 우주의 미래 _ 156 2-7. Gibbs 자유 에너지: 자연의 변화를 예측하는 열역학 함수 _ 158 제3장 플라즈마 화학반응 공정 ……… 169 3-1. 열이 주도하는 화학반응: 평형 상태에서의 화학반응 _ 171 물리적 현상으로 바라본 기체 상태의 열화학반응 _ 171 활성화 에너지에 대한 이해(1): 촉매를 활용한 활성화 에너지의 감소 _ 177 활성화 에너지에 대한 이해(2): 화학반응의 종류에 따라 달라지는 활성화 에너지 _ 179 현실적인 열화학반응의 경로 _ 180 저온 화학반응: 점화 _ 184 3-2. 열과 무관하게 일어나는 화학반응: 비평형 상태의 화학반응 _ 187 광화학 반응 예 1: 성층권의 오존 생성과 소멸 _ 189 광화학 반응 예 2: 지표면에서의 오존 생성 및 광 스모그 _ 190 전자-분자 간의 화학반응 및 화학반응 속도 _ 192 플라즈마 화학반응의 특성(1): 다양한 반응 경로 _ 197 플라즈마 화학반응의 특성(2): 반응 효율 및 속도 _ 198 플라즈마 화학반응의 특성(3): 온도와 무관한 반응 _ 201 플라즈마 화학반응의 특성(4): 공간적 선택성 _ 202 3-3. 레이저 _ 203 spontaneous emission과 stimulated emission _ 207 빛의 증폭 조건: Population Inversion _ 209 3-4. 플라즈마의 특성(1): 비평형 및 평형 플라즈마 _ 213 비평형 및 평형 플라즈마 _ 215 평형 및 비평형 플라즈마의 기준, E/n _ 217 3-5. 플라즈마의 특성(2): 플라즈마 속의 입자 운동 _ 218 열확산 속도와 드리프트 속도의 상대적인 영향력 비교 _ 221 이상적인 플라즈마 조건: 디바이 차폐 및 준중성 _ 222 3-6. 대기압 비열(비평형) 플라즈마의 발생과 특성 _ 225 대기압 비열 플라즈마 발생 _ 225 대기압 비열 플라즈마의 전자 온도 및 농도 _ 229 3-7. 대기압 아크 플라즈마의 발생과 특성 _ 233 대기압 아크 플라즈마의 발생: arc column의 모양과 구조 _ 234 캐리어 가스의 종류에 따른 아크의 형상 _ 236 arc column의 열 및 물질 수지 _ 238 cathode 전극의 수명 및 냉각 _ 243 cathode 전극 부근에서의 열 및 물질 수지 _ 246 3-8. 플라즈마를 활용한 화학반응 공정 _ 250 플라즈마 화학반응 공정의 활용-일반론 _ 251 플라즈마 종류에 따른 화학반응의 특성-기계연구원 연구 _ 256 3-9. 플라즈마를 활용한 열공학 응용기술 _ 270 비열 플라즈마를 활용한 탄화수소의 흡착 및 탈착 _ 270 플라즈마 버너(1): combustion assisted by plasma _ 272 플라즈마 버너(2): diesel burner assisted by plasma _ 273 연료 개질기를 활용한 Ultra Low NOx 버너 _ 276 찾아보기 _ 279