[물리학I 칼럼] 열역학 법칙 P-V그래프 순환 과정
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.
-
이거 원래 어렵나요? 3회까지는 기분 좋게 풀었는데 4회~5회푸는데 머리 깨질 거...
-
9모 언매 89점이고 지금까지 독서문학은 혼자서 공부했습니다 9모에서 문학4틀...
-
이제 수능 시험이 정말 얼마 남지 않아서 점점 뭔가 예민해지고.... 긴장이 되는...
-
*자료 삭제 (221119/ 수능 이후)...
-
*자료 삭제 (221119/ 2023 수능 이후)...
-
*자료 삭제 (221119/ 수능 이후) #part C pdf 문제오타 수정 후...
-
이제 수능 시험이 정말 얼마 남지 않아서 떨리네요... 수능이 다가와서 그런지......
-
n제는 시간 안 되서 못풀거 같고 패파 파이널 하면서 실모나 푸려고 하는데 이렇게...
-
너무 과도하게 어려운데? 솔직히 수능수학과 결이 너무 다름 드랍하거나 걍 나머지...
-
김승리t 파이널 2
수사러이고, 6모 9모 두번다 3등급이었습니다. (언매) 국어를 버리지는 않지만,...
-
원래 시대인재 현강 듣던 현강생들 파이널 개강하면 다시 신청해야하나요…??
-
국어 9모 89 ebs(수특) + 학원 주 2회 (동네에 제야의 고수 센세 있음)...
-
허들이랑 아수라 1
허들 5주차까지 했는데 아수라 오픈때까지 허들 문학만 하고 아수라가는게 나을까요...
-
김상훈만으로는 부족해서 더 듣고싶은데 아수라도 같이 가는거 괜찮나요?
-
어느새 무더운 여름도 가고...... 수능이 다가워지자 점점 추워지네요~ 오늘은...
-
안녕하세요 상승효과 이승효입니다. 수능을 2달 앞둔 시점에는 수험생을 크게 둘로...
-
안녕하세요. 상승효과 이승효입니다. 두둥~ #300 이거 아니고요.. 발로 차거나...
-
파2 2 25번 대상과인간을 동지적이게여기는마음이 >>>>>대상과 화자를...
-
어느새 9월 모평이 다가오고.... (올해는 추석이 빨라서 9월 모평도 너무나도...
-
김상훈 피니쉬 1
김상훈 파이널 패키지 살지 고민중인데 어떡할까?솔직히 수학에 시간좀...
-
이감 시즌5 시즌6 연계 체감하려면 간쓸개랑 실모랑 다 풀어야 할까요? 실모만 풀까...
-
일반 학원에서 산다면 이감off 파이널 시즌1 가격 얼마죠?? 7월 16일에...
-
안녕하세요. 상승효과 이승효입니다. 어느덧 11월말이 되고 수리논술도 막바지....
-
안녕하세요. 상승효과 이승효입니다. 이번 수리논술은 선택과목 때문에 아주 골치가...
-
안녕하세요. 이승효입니다. 수능 보느라 수고했어요. 여러분, 지금부터 시간이...
-
난이도 어때요? 하
-
안녕하세요. 실력지상주의 레이블의 수장(!?) 상승효과 이승효입니다. 오르비언...
-
안녕하세요. 상승효과 이승효입니다. 다들 마무리 공부 잘하고 있는지요! 문제만 많이...
-
안녕하세요.상승효과 이승효입니다. 수능전까지, 여러분들에게 도움이 될 수 있는...
-
[Final Call] 2022 상승효과 마지막 탑승안내 8
헐,,, 이제 진짜 마지막이라니. 언제 이렇게 시간이 빨리 갔지?? 나의 2021년...
-
양승진 파이널 기출을 나에게 팔아라ㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠ
-
솔직히 2022 사설 국어 모의고사들 너무 어렵지 않나요? 5
ㅈㄱㄴ 이감도 어렵고 한수도 어렵고
-
제 점수상 좀 난이도 편차가 큰 것 같던데 저만 그런 건지 궁금합니다
-
ㅋㅋㅋㅋ
-
안녕하세요, 강남 오르비입니다. 50일 정도 남은 현 시점이 점수를 올리기 가장...
-
안녕하세요. 꿈과 희망의 상승효과 수학강사 이승효입니다. 9월 수업 개강 이후 바쁜...
-
김상훈t 안들은 사람도 김상훈t 파이널 커리 들을 수 있음? 2
김상훈t 한번도 안들어봤는데 파이널만 해도 되나요? 받아들이기 어렵거나 하지는 않나요?
-
배송비 무료 강의무료 걍 ㅎㄷㄷ 킹콩식 박리다매 하시네 (알밥 아닙니다)
-
안녕하세요. 상승효과 이승효입니다. 제 얘기를 잠깐 하겠습니다. 저는 M사...
-
수학기출 마지막으로 정리할 겸 들으려고 하는데 작년 카운터어택 어땠는지 후기 좀...
-
이제 9월, 진짜 파이널입니다. 수학 성적을 올릴 마지막 기회 173
안녕하세요. 꿈과 희망의 상승효과 수학강사 이승효입니다. 자, 이제 파이널. 진짜...
-
71점 공통 -15 언매 -14 언어와 매체는 정말 더 열심히 해야 할 것...
-
안녕하세요 여러분! 한수 홈페이지에서 초특급 프로모션으로 준비했던 한수x레드불...
-
https://orbi.kr/00039209038/국어-파이널-실모-추천좀?q=국어%...
-
작년에는 잘 맞추셨나요? 논리구조라던지 제재라던지 연계교재라던지
-
수학 기출 마지막으로 정리좀 하려고 하는데 어떤걸로 하는게 좋을까요? 알차고 꼼꼼한...
-
[2021 수능 파이널] 하반기 국수영탐 인강 수강법 62
-----------------------------------------------...
-
봉소 개떡락 1
4회 90->5회 78 무엇이 문제일까요ㅠ
-
동사 파이널 이다지랑 고아름중 무엇을 듣는게 좋을까요 1
3사러고 세계사는 다지쌤 커리타는데 동사는 타다가 불안해서 고아름쌤 커리탔어요...
항상 퀄리티 좋은 자료 제공해주셔서 감사합니다