[열역학 과정] 18년도 3월 학평 물리1 19번

정답률

45%

알았어야 할 내용

1. 상태 방정식

2. 열역학 제1법칙

3. 힘의 평형 관계와 압력

풀이 과정

 

일단 (가) 상황에서는 같은 양의 이상 기체가 들어있는 A, B, C의 부피가 같은 데다가 피스톤이 정지해있다는 건 서로의 압력이 같아 평형을 이루고 있다는 상태다. 즉, A, B, C의 압력도 같다. 그렇기 때문에 상태 방정식에 의해서 A, B, C의 온도도 같다.

 

이때 A에 열 Q를 가하면 A의 온도는 당연히 증가한다. 따라서 ㄱ은 맞는 말이다. 온도도 증가하면서 부피도 증가하고 있으니 A에 가해진 열 Q는 열역학 제1법칙(Q=△U+W)에 의해서 내부에너지 변화(△U)에도 쓰이고 기체가 하는 일의 양(W)에도 쓰인다. 따라서 A가 한 일 W는 Q-△U 이므로 ㄴ은 틀렸다.

 

B와 C를 가로막는 피스톤이 정지해있다고 B와 C의 압력이 같다고 생각하면 안된다. 왜냐면 이미 고정되어있기 때문이다.

B입장에서는 열의 출입없이(Q=0) 부피가 줄어들고 있으므로 단열 수축 과정을 한 셈이다. 열역학 제1법칙에 의해 W=-△U 즉, B의 부피가 줄어들고 있으므로 B의 온도는 올라간다. 그런데 B와 C를 가로막는 피스톤은 열전달이 잘 되므로 B의 온도를 올린 열의 일부가 C로 전달되어 결국 나중에 B와 C는 열평형 상태에 도달하게 된다. 그 상태가 (나)인 거다. 하지만 열평형 상태라고 압력이 같다고 생각해선 큰 오산이다. B와 C의상태 방정식을 비교해보자.

 

B와 C의 온도가 같고, 부피는 C가 더 크다면 PV/T에 의해서 B의 압력이 C의 압력보다 더 크다는 걸 알 수 있다. 그래서 ㄷ은 틀렸다.