[열역학 과정] 17년도 6월 모평 물리1 18번

정답률

58%

알았어야 할 내용

1. 힘의 평형과 압력의 관계

2. 열역학 제 1법칙

3. 상태방정식

4. 부피 변화와 기체가 하는 일

풀이 과정

ㄱ. A에서 B는 단열 과정이므로 Q=0 이다. 부피가 줄어들고 있으므로 기체는 외부로부터 일을 받는다. 따라서 W<0 이므로, 열역학 제 1법칙 Q=△U + W 에 의해 내부에너지 변화량은 양수가 나와야 한다. 따라서 온도는 증가하게 된다. 

 

ㄴ. 힘의 평형 관계에 의해서 기체가 B상태일 때 압력은 '대기압+모래 무게에 의한 압력'과 같다. B에서 C로 가는 과정은 기체의 압력이 일정하므로 대기압이 일정하다면 모래 무게에도 변함이 없어야 한다.

(A에서 B로 가는 단열 과정에서는 모래를 좀 추가해주었기 때문에 수축했지만 문제에서는 B에서 C로 가는 과정에서의 모래 양을 묻는 것임)

 

ㄷ. B에서 C로 변하는 과정에서 부피가 증가하므로 기체가 하는 일 W>0 이다.

게다가 상태방정식 PV/T에 의해 압력이 일정한 상태에서 부피가 증가하면 온도도 증가하여야 한다.(이상기체의 양이 일정하므로) 따라서 내부에너지 변화량 △U >0 이다.

즉, Q>0 (Q=△U + W)이므로 기체는 열을 흡수한다. (Q<0이라면 기체가 열을 방출하는 것임)