[열역학 과정] 18년도 4월 학평 물리학1 18번

알았어야 할 내용

1. 단열 과정

2. 열역학 제 1법칙

3. P-V 그래프

4. 상태 방정식

풀이 과정

(가)에서 (나)로 변하는 과정은 외부로부터 철저히 고립되어(단열된 피스톤, 단열된 실린더) 열 이동이 없이 부피가 줄어들었으므로 단열 수축 과정이다. 

(나)에서 (다)로 변하는 과정은 외부로부터 열 Q가 투입되어 압력이 일정한 채 부피가 늘어나고 있으므로 등압 팽창 과정이다. 이를 P-V그래프로 그려보면 다음과 같다.

ㄱ. 기체의 압력은 눈이 있으면 (가)에서가 (나)에서보다 작음을 알 수 있다.

ㄴ. 이상 기체가 들어있는 실린더가 고립되어 있으므로 PV/T가 일정해야 한다. 따라서 (나)와 (다)의 온도는 다를 수밖에 업다. 왜? 각각의 압력은 똑같지만 부피가 달라서

ㄷ. Q는 (나)에서 (다)로 변할 때 기체가 하는 일과 내부 에너지의 변화량의 합과 같다. 

P-V 그래프 아래 면적은 기체의 일을 의미하는데 빨간색 면적보다 파란색 면적이 훨씬 넓다. 즉, (가)에서 (나)로 변하는 과정에서 기체가 받은 일의 양보다 (나)에서 (다)로 변하는 과정에서 기체가 한 일의 양이 더 크다. (나)에서 (다) 과정엔 온도도 증가하고 있으므로 내부에너지 변화량은 양수값이다. 따라서 당연히 Q는 (가)에서 (나)로 변할 때 기체가 받은 일의 양보다 클 수밖에 없다.