[물리학I 칼럼] 열역학 법칙 P-V그래프 순환 과정
게시글 주소: https://app.orbi.kr/00068186317
최근 수능 및 모평에서 열역학 법칙 관련 문항으로 P-V 그래프 순환 과정이 1문항씩 출제되고 있습니다.
오늘 칼럼에서는 기본적인 배경지식을 설명드리고 이를 이용해서 기출문제를 푸는 방법을 보여드리겠습니다.
어려운 유형은 아니지만 필수 유형이므로 작성해봅니다.
[CHAPTER1. 배경 지식]
1-1 '열역학 제1법칙'과 '이상기체 방정식' 관계
①온도 증가/감소 → ΔU +/-
②부피 증가/감소 → W +/-
[등압 과정]
압력 일정, 부피 증가 (이상 기체 방정식의 좌변은 증가) → 따라서 온도 증가.
부피 증가, 온도 증가 → W와 ΔU는 모두 (+) → Q=(+)
=열을 흡수해서 내부 에너지가 증가하고 기체가 외부에 일을 했다.
※ 그래프의 밑면적이 기체가 한 일의 크기이다.
[등적 과정]
압력 증가, 부피 일정 (이상 기체 방정식의 좌변은 증가) → 따라서 온도 증가.
부피 일정, 온도 증가 → W=0, ΔU=(+) → Q=(+)
=열을 흡수해서 모두 내부 에너지가 증가에 사용
※ 그래프의 밑면적이 없으므로 기체가 한 일 또는 받은 일=0
[등온 과정]
위 열역학 과정은 다음과 같이 해석합니다.
등온선 위에서 움직이며 부피 증가, 압력 감소
부피 증가, 온도 일정 → W=(+), ΔU=0 → Q=(+)
=열을 흡수해서 모두 기체가 외부에 일을 하는데 사용 Q=W
※ 그래프의 밑면적이 기체가 한 일의 크기이다.
※ 그래프의 x축인 부피와 y축인 압력의 곱이 온도와 비례하므로 등온선은 반비례 그래프 형태이며,
등온선 그래프가 원점에서 멀어질수록 온도는 높다.
[단열 과정]
Q=0인 과정. 따라서 ΔU와 W의 크기는 같고 부호는 반대.
만약 V가 증가한다면 W=(+) → ΔU=(-)이므로 온도는 감소
이상 기체 방정식이 성립하기 위해 P는 감소해야 함.
①그래프는 우하향 그래프로 그려진다.
②
부피가 증가하면 압력, 온도는 모두 감소하고
부피가 감소하면 압력, 온도는 모두 증가.
1-2 순환 과정과 열효율
① 순환 과정에 한 번 순환하는 동안 한 일 W는 +W1-W2와 같으므로 내부 면적을 구하면 된다.
② 1 사이클을 순환하면 온도 변화는 0이므로 1 사이클의 ΔU=0이 된다.
① Q2=0인 열기관, 즉 열효율이 100%인 열기관은 존재할 수 없다.
이제 위 정보들을 이용하여 최근에 출제된 PV그래프 순환 과정 문제를 풀어보자.
[CHAPTER2. 문제 풀이]
이번 칼럼에서는 24 23수능 문제만 풀어보고 다음 게시글에는 다양한 모평 및 학평 문항도 풀어서 올리도록 하겠습니다.
23 수능은 표를 이용해서 간결하게 풀었고, 24 수능은 표를 이용하지 않고 직접 적어가며 풀었습니다.
[ 2023학년도 수능 13번 ]
[solution]
부피의 증감을 통해 W의 부호 판단.
다음과 같은 과정으로 표 채우기
과정 | W + ΔU = Q | ||
---|---|---|---|
A → B | +60 | ||
B → C | +90 | 0(단열) | |
C →A | ㉠ | 0(등온) |
B → C 단열과정이므로 Q=0
C → A 등온과정이므로 ΔU =0
과정 | W + ΔU = Q | ||
---|---|---|---|
A → B | +60 | +90 | +150 |
B → C | +90 | -90 | 0(단열) |
C →A | ㉠ | 0(등온) | ㉠ |
1. 사이클 내부 에너지 합=0
2. A → B Q=W+ΔU에 의해 Q=+150
3. 열효율 0.2 흡수한 열량 +150
따라서 W=+30
A → B → C 과정에서 W=+150이므로
C → A 과정에서 W=-120=㉠
ㄱ. 단열 과정에서 부피가 증가하면 온도와 압력은 감소하므로 참.
ㄴ. 참(표 참고)
ㄷ. 참(표 참고)
답: ⑤
[ 2024학년도 수능 11번 ]
[solution]
ㄱ. A → B 온도는 상승 B → C 온도는 유지이므로 거짓.
ㄴ. 흡수하는 열량: A → B 과정에서 Q 흡수, B → C과정에서 150 흡수
한 일 +150 - 100 = +50 이므로 다음과 같은 식 성립
Q=50J 따라서 ㄴ 참.
ㄷ. 한 사이클을 순환하면 온도 변화는 0이므로 ΔU=0
ΔU:
A → B 과정: +50
B → C과정: 0
C → D과정: ?
D → A과정: +100
따라서 C → D과정은 -150J ㄷ 참.
(A → B 과정에서 W=0이므로 Q=ΔU=+50J)
(B → C과정에서 온도 변화는 없으므로 ΔU=0)
(D → A과정에서 Q=0이므로 ΔU+W=0이고 W=-100이므로, ΔU=+100)
답: ④
0 XDK (+0)
유익한 글을 읽었다면 작성자에게 XDK를 선물하세요.
-
엄마한텐 비밀로 해야겠다
-
말이 됨? 제 동생 이야기임… 생 42점, 지 11점 받았다는데…. 어지럽네…아무리...
-
큰일이다 2
하고싶은일이 없어 대학은왜갔담
-
독서 문법 해설까지 ㄷ ㄷ 홀수ㅜ기출도 주고 n제도 주고 뭐 다 주네
-
올해 수능 볼 거라 시간이 좀 부족한 상태인데요 물1 김성재 선생님 기타업 들으면...
-
오늘 오전에 보냈는데 안 오네요ㅠㅠㅜ 발송 완료 떴는데 원래 이렇게 오래 걸리나용??
-
스카가서 공부할라고 집 가는 중이였는데요 할아버지가 저보고 수능 공부 하냐는거에요...
-
아니 벌레 너무많다 11
이래서 여름이 싫어
-
다들 뭐해요 8
놀아주세요
-
누가 더 잘함? 1
작수 연계(독서,문학)빨 받고 백분위 87 표점 123 6평 연계0 백분위 87...
-
공부하기싫다 7
ㅠㅠ
-
아이돌은 극한직업이 맞다.
-
1등급의 희망이 (ㅈ~ㄴ)어렴풋하게 보이는거같기도한거같기도하네...
-
텔그 이거맞음? 2
이게 왜 됨? 나 진짜 대학교 갈 수 있는거야?
-
저게시발뭔데 3년차라니
-
어그로 킄킄 다리 떠는거까진 뭐 괜찮다 생각함 다리 안떨면 불안하고 답답하고 다리...
-
슬슬 돌아 올 때 됐잖아 누나...프미나도 돌아오는데
-
나만 안 가고 반수한다고 기웃대는게 불안불안하네요
-
삼일연속치킨먹기 2
어제 저녁은 치킨을 시켜먹었지 오늘 저녁도 남은 치킨을 데워먹었지 하지만 아직도...
-
떳ㄷㅏ 내 야동 5
범준쌤 너무 그리웠어요ㅜㅠ
-
ㄹㅇ루 너무내스타일
-
인서울 중위권 학교 다녀요 자산운용사나 pef 목표로 하는 취준생입니당 1년에...
-
10m 비단뱀 배 속서 다섯아이 엄마 숨진 채 발견…"아이 약 사러 가던 길" 1
(서울=뉴스1) 조소영 기자 = 인도네시아에서 한 30대 여성이 10m 길이...
-
물1 vs 화2 0
반수생 작수 국수영물1지1 22223 약대 목표고 지1은 그대로 갈건데 물1을...
-
안 될리가 캬캬
-
생명과학1과 지구과학1 선택자입니다. 응시순서=과목순서와 동일하다고 모평이나 수능...
-
인서울 공대/자연계 희망합니다!
-
[속보]교육부, 내달부터 3년간 의대교수 1천명 증원…기초의학 등 인재풀 확보 5
속보=정부의 의과대학 증원을 둘러싼 의정(醫政) 갈등이 5개월째 접어든 가운데,...
-
원래 뒤에가 벼랑 수준까진 아니였는데 내가 실수로 벼랑으로 만들어버림 하.......
-
초등학교 앞에서 음란행위 20대男..잡고 보니 '서울시 공무원' 2
서울의 한 초등학교 앞에서 음란행위를 한 남성이 경찰에 붙잡혔습니다. 서울...
-
문제 거의다 푼거같은데 마지막에 살짝 삐끗하고 계산안되면 일단 좀 넘기거나...
-
[속보] 시청역 사고 2일만에 또…국립중앙의료원 앞 차량 돌진사고 1
서울시 중구 소재의 국립중앙의료원에서 차량 돌진 사고가 발생해 2명이 부상을 입었다.
-
작년보다 빌런도 많이 줄어서 쾌적해지고 음 또 다닌다고 할인까지 크흠 더프 보는...
-
메이져의 합격자도 국어 만점이 아니고 의,치대 문닫고 들어가는 사람들 언매 점수가...
-
안녕하새요 10
구루트
-
ㅇㅇ. 대성패스 있으면 굳이 다른패스 사지않고 응식이 들을듯.
-
냥대 가산없으면 3
걍 국어영어 조졌을때 역교차 해버릴까 ㅅㅂ
-
먼가 요즘 실모가 좀 잘 나옴 실수많이해도 옛날상방=요즘 하방인데 이게 걍 실모...
-
f'(1)=-9 따위 조건을 쓰지 않는 고능아 풀이. 감사합니다.
-
들을만해?
-
뭔가를 셀 때 쓰는 기호인데 바를 정 자가 근데 진짜 편한 거 같음
-
뭔가 갑자기 다 모르겠어 공부를 했던건데 왜 못하지? 너무 대충하고 넘어가서 아는게...
-
대화를 못하지 내가 서비스를 구매할때는 말 잘하는데 (ex 학원쌤한테 질문, 편의점...
-
생윤 사문 개념떼고있는데개념 1바퀴 빠르게 일단 다돌리고 2회독vs단원 끝날때마다...
-
개념으로 아리까리하다가 문풀때 확 느낌이 들던데 수학이나 탐구같은거 경험상 개념만무한반복은 독인듯요
-
ㅊㅊ좀
-
걍 지문 뒤져가며 푸는데 이비에스 다 이해+암기 하고 가는방법밖엔 없겠죠?
-
내 이상형 8
25수능 표점합 400 이상
-
ㅇㅇ? 살만함?
항상 퀄리티 좋은 자료 제공해주셔서 감사합니다