[열역학 과정] 18년도 10월 학평 물리1 16번

정답률

36%

알았어야 할 내용

1. 부피 변화와 일의 관계

2. 힘의 평형과 압력

3. 열역학 제 1법칙

풀이 과정

ㄱ. 기체의 부피가 증가하고 있으므로 △V>0 → W(=P△V)>0 따라서 기체는 외부에 일을 한다.

 

ㄴ. (가) 상태일 때 피스톤이 정지해있다. 이는 피스톤에 작용하는 알짜힘이 0이라는 것이다. 즉 힘의 평형을 이룬 상태다. 따라서 단위 면적당 작용하는 힘인 압력이 서로 대등한 관계인 셈이다. (압력= 힘/면적)

(가)에서의 압력 관계	(나)에서의 압력 관계
기체 압력(P가) = 대기압 + mg/S	기체 압력(P나) + mg/S = 대기압

 

기체가 압력을 작용하는 방향은 피스톤을 미는 방향이다. (가)에서는 기체가 피스톤을 위로 밀고 있고, (나)에서는 기체가 피스톤을 아래로 밀고 있음에 유의하라. 그렇기 때문에 (나)에서는 기체의 압력과 피스톤의 무게에 의한 압력이 같은 방향이다. 

 

그래서 압력은 2mg/S 만큼 감소한다.

 

ㄷ. 열의 이동이 없는 상태에서 일어나는 과정이기 때문에 단열 과정이다. 부피가 증가하고 있다.

열역학 제1법칙에 의해서

Q=△U + W

0= △U + W

△U = -W = P△V

 

△V>0 이므로 내부에너지는 감소하게 됨을 식으로 확인할 수 있다.