[열역학 과정] 20년도 6월 모평 물리1 16번

정답률

55%

알았어야 할 내용

1. 힘의 평형과 기체의 압력

2. 상태 방정식

3. 열역학 제1법칙

풀이 과정

처음에 피스톤이 정지해있다는 건 피스톤에 작용하는 알짜힘이 0이라는 것이다. 

기체 A가 작용하는 압력이 막대가 기체에 작용하는 힘의 압력과 같기 때문에 왼쪽 피스톤이 정지해있고, 기체 B가 작용하는 압력이 막대가 기체에 작용하는 힘의 압력과 같기 때문에 오른쪽 피스톤도 정지해있다.

즉, 힘의 평형 관계에 의해 기체 A와 기체 B의 압력이 같다. 

 

A에 열 Q가 제공되어도 A와 B의 이상기체 양이 증가한 것도 아니고, 대기압이 변하지 않고, 추가적인 힘을 가했다는 말이 없으므로 열 Q가 제공되기 전의 기체 A와 B의 압력은 열 Q가 제공된 후와 같다.

 

ㄱ. (나) 그래프를 보면, t0일 때 온도는 A가 높으므로 내부 에너지는 A가 더 크다.

 

ㄴ. 상태 방정식 PV/T에 의해 t0일 때 A의 온도가 이전보다 높다면 A의 부피는 증가하게 된다.(압력은 변하지 않음) 따라서 피스톤이 밀리게 돼 B의 부피는 줄어든다.

 

ㄷ. B 실린더가 단열되지 않음에 유의하라. 괜히 어쭙잖게 단열 과정을 할 거라고 단정 짓지 말고 문제를 잘 읽도록

(나) 그래프를 보면 B의 온도는 계속 변함이 없다. 즉, 내부 에너지 변화량이 0이다.

다만 부피가 점점 줄어들고 있기 때문에 △V < 0이다. 따라서 W=P△V <0이다. 기체가 외부로부터 일을 받는 상황이다. 

열역학 제1법칙 Q=△U+W에 의해 Q <0이다. 이는 기체가 열을 방출하는 것이다.