[열역학 과정] 18년도 수능 물리1 17번

정답률

44%

알았어야 할 내용

1. 상태 방정식

2. 열역학 제1법칙

풀이 과정

(가) 상태에서 (나) 상태로 변하는 과정은 압력이 일정한 채로 부피가 커지고 있으므로 온도도 올라간다.(PV/T 가 일정해야 하므로) 그래서 A의 온도는 (가)보단 (나)에서 높다.

그런데 (나) 상태에서 (다) 상태로 변하는 과정은 열의 출입이 없이(Q=0) 부피가 수축(△V<0)하는 과정이다. 따라서 열역학 제1법칙에 의해 △U=-W 식이 나오게 되고, 식에 따르면 내부 에너지는 증가하게 된다. 그래서 (나) 상태일 때의 온도보다 (다) 상태일 때의 온도가 더 높다.

즉, A의 온도는 (가)에서가 (다)에서보다 낮다. → ㄱ. 맞음

 

(나)에서 (다)로 상태가 바뀌어도 상태 방정식에 의해서 PV/T는 변함이 없어야 한다. 열역학 과정이 진행될수록 온도가 증가하고 부피는 줄어들고 있으므로 압력은 자연스레 커져야만 한다. 그래서 A의 압력은 (나)에서 (다)로 변하는 과정에서 일정하지 않다. → ㄴ. 틀림

 

(가)→(나) 과정에서 A가 한 일 W = P△V

(나)→(다) 과정에서 A의 내부 에너지 변화량 △U=-W

(가)→(나) 과정이나 (나)→(다) 과정에서는 부피 변화량이 같다. 

따라서 뭔가 (가)→(나) 과정에서 A가 한 일과 (나)→(다) 과정에서 A의 내부 에너지 변화량이 똑같을 거 같지만 그렇지 않다.

왜냐면 (가)→(나) 과정에서는 압력이 일정하지만 (나)→(다) 과정에서는 압력이 변하기 때문이다. 그래서 각 과정에서 일의 양이 다르다. → ㄷ. 틀림

 

부피-압력 그래프로 열역학 과정을 그려보면 확실히 느낌을 알 수 있다.

 

일의 크기만 따지면 (나)→(다) 과정에서 A가 받은 일의 양이 (가)→(나) 과정에서 A가 한 일의 양보다 크다.

따라서 (가)→(나) 과정에서 A가 한 일의 양은 (나)→(다) 과정에서 A의 내부 에너지 변화량보다 작다.