물리공부/열 문제18 열 문제 - #16 플러스 마이너스 부호만 붙여주면 쉽게 풀리는 문제다. 이제 ㄱㄴㄷ에 수를 채우자. 일을 안 할 때는 열 출입이 내부 에너지 변화량이 전부라는 것을 이용하자. ㄷ은 내부 에너지 증가량과 감소량을 모두 더하면 0이 된다는 것을 이용해서 채우면 된다. ㄱ. 옳다. ㄴ. 옳다. ㄷ. 이 열기관은 열량을 150 먹고 120만 방출했다. 나머지 30은 어디갔을까? 일하는데 썼겠지. 열효율은 30/150, 즉 0.2이다. ㄷ도 옳다. 정답 5. 어렵지 않고 단순한 표 채우기 문제다. 2022. 11. 8. 열 문제 - #15 열문제는 3대 천황공식을 기억해야 한다. 하나는 열효율 공식(e=W/Q1)이고, 다른 하나는 내부에너지 공식이다. dU=dQ-dW 마지막 하나는 내부에너지는 온도에 비례한다는 사실이다. 이 점을 염두에 두고, ㄱ설명: 열은 방출되었는데, 부피 변화는 없다. 즉 dW=0이다. dQ 2022. 9. 29. 열 문제 - #14 이런 문제는, dU=dQ-dW, PV/T=일정, 온도가 일정하면 내부에너지 변화없다. 이 3가지만 기억하고 있으면 쉽게 풀리는 것 같다. 이 문제에 드디어 등온과정이 나왔다. ㅋ 각 해설을 보자. ㄱ해설: 맞다. 부피가 늘었으니까 외부에 일을 한다. 등온과정이니까 dU=0 즉, 들어온 열이 모두 일로 사용되었다. 한 일은 120J이다. ㄴ해설: ㄷ해설과 함께 풀어보자. 엔진이 한번 돌면 내부에너지는 무조건 0이 되어야 한다고 했다. 따라서 한바퀴 돌았을 때 dU = dQ-dW = 0이다. 즉 dQ=dW이다. AB과정에서 한 일은 120이다. BC, DA과정에선 부피변화가 없기 때문에 한 일 없다. 받은 일도 없다. 따라서 뭔가 일을 받거나 준 구간은 CD 구간인데, 문제에서 보면 엔진이 한 일은 30이라.. 2022. 9. 12. 열 문제 - #13 문제를 척 보면 답을 알 수 있을 정도로 풀어보자. ㄱ설명. 틀리다. AB 과정에서 온도가 일정하다는 말이 전혀 없다. 그럼 들어온 열과 한 일이 같지 않다. 또한 PV/T 법칙에 의해서도 T는 증가해야 하기 때문에 내부에너지가 증가한다. Q0가 들어와서 일부는 일하는데 쓰이고 일부는 내부에너지 증가에 사용되었다. ㄴ설명. dU=dQ-dW인데, dQ는 단열과정이기 때문에 0이다. 하지만 부피변화가 있는데, 부피가 늘었다. 즉 dW >0이다. 따라서 dU 2022. 9. 12. 열 문제 - #12 이상기체는 P1V1/T1= P2V2/T2가 성립한다. 압력이 일정한데, V가 변하면 =가 성립하기 위해서 T도 같이 변해야 한다. 따라서 ㄱ은 맞는 설명이다. 순환하는 열기관의 내부 에너지는 한번 순환하고 나면 항상 0이어야 한다. 그렇지 않고 내부에너지가 계속 증가하거나 혹은 감소하면 큰 일난다. 내부에너지는 곧 온도라고 했다. 내부에너지가 계속 증가한다는 얘기는 온도가 계속 높아진다는 야그. 따라서 항상 내부에너지는 0으로 끝나야 한다. 모든 문제에서 이 점을 명심하자. ㄴ의 설명을 보자. 한 일을 구하는 것이다. dU = dQ-dW이다. 엔진이 한바퀴돌면 dU는 0이 되어야 한다고 했다. 따라서 한바퀴 돌면, dQ = dW이다. 즉 dQ만 알면 dW도 알 수 있다는 얘기다. dQ를 구하는게 핵심. .. 2022. 9. 12. 열 문제 - #11 ㄱ. 맞다. 온도가 변하지 않았기 때문에 내부에너지 증가가 없다. dU = Q-W에서 dU=0이기 때문에 Q=W이다. 받은 열과 외부에 한 일은 정확히 같다. ㄴ,ㄷ. AB 과정에서 기체가 흡수하는 열량은 Q1이다. 기체가 외부에 한 일은 Q1이다. BC 과정에서 기체가 방출하는 열량은 Q2이다. 기체가 외부에 한 일은 0이다. CA 과정에서 기체가 흡수 또는 방출하는 열량은 Q3이다. 기체가 외부로부터 받은 일은 W이다. ABCA 과정에서 기체가 흡수하는 열량을 더하고, 기체가 방출하는 열량을 빼고, 기체가 외부로부터 받은 일을 더하고, 기체가 한 일을 뺀 값은 0이다. CA 과정에서 기체가 열을 흡수한다고 가정하자. Q1-Q1-Q2+0+Q3+W=0 -Q2+Q3+W=0 이때 W>Q2이므로 본 가정은 모.. 2022. 9. 12. 열 문제 - #10 문제의 그래프는 '카르노 엔진'의 움직임을 보여주는 유명한 그래프인데, 원래는 저렇게 간단하지 않다. 하지만 고등학생 수준에서는 이해하기 쉽도록 엄청 단순하게 그려놓았다. 문제를 풀기 전에 카르노 엔진 동작을 다시 한번 복습해 보자. A->B 구간: 외부에서 열 Q1을 받는다. 열을 받으니까 공기가 팽창하여 부피가 늘어나고 이때 피스톤이 움직여서 일 W을 한다. 이 구간에서 온도는 일정하다. T1. 그래서 이 구간을 등온팽창이라고 부른다. 등온 구간은 C->D도 등온이다. B->C 구간: 열 출입이 없는 구간이다. 그런데, 부피는 늘어난다. (여기서는 부피가 늘어났다고 해서 일을 한게 아니니까 주의) 부피가 늘어나면 온도는 떨어진다. 그래서 그 구간을 단열팽창이라고 부른다. 열이 단절 되었다는 의미. 단.. 2022. 9. 12. 열 문제 - #09 ㄱ. 열효율이 0.2라고 했기 때문에, W=0.2Q1 = Q1/5. 다시 말해서, Q1 = 5W이고 따라서 Q2 = 4W. 맞다. ㄴ. 부피변화가 없는데도 불구하고 압력이 증가했다. 이렇게 될 수 있는 유일한 방법은, 외부에서 열이 들어와야한다. 맞다. ㄷ. 외부와 열출입이 없다면 내부에너지 감소량 = 일량이다. 맞다. 답은 (5) 내부에너지가 도대체 뭐지? 정확하게 그것은 무엇을 의미하는가? (내부 에너지에 대해서 자세히 쓸 예정) 2022. 8. 8. 열 문제 - #06 와우! 오랜만에 열문제. 반갑다! 열문제는 계산이 없어서 그냥 읽기만 하면 된다. ㄱ. 부피 변화없는데 압력이 증가했다? 압력이란 게 공기입자의 속도가 빨라지거나, 혹은 벽에 부딪히는 횟수가 더 많아져야 높아지는 건데, 부피변화가 없다고 했으니까 벽에 부딪히는 횟수엔 변함이 없는 거고, 유일한 이유는 공기입자 속도가 빨라진 거. 빨라지려면 열받는 일이 생긴거지. 맞다. ㄴ. 부피가 변했고, 크게 변했으니까 외부에 일을 한 셈이다. 역시 맞다. ㄷ. 내부 에너지라는 게 공기입자의 운동에너지 총합인데, A보다 C가 크지. A에서 조용하던 공기입자에 열을 가해서 엄청 빠르게 만들어서 압력이 P->2P 그리고 이 상태에서 부피를 증가 V->2V가 된건데, 이 과정에서 열받은 공기입자는 계속 열받은 상태라서 C에.. 2022. 8. 4. 열 문제 - #05 ㄱ. 맞다. 부피가 늘어나면 무조건 외부에 일을 한다고 보면 된다. ㄴ. 맞다. I에서의 부피와 III에서의 부피가 동일한데, III은 I보다 열이 많다. 당연히 온도는 높아야 한다. ㄷ. 틀리다. II ->III 과정을 보면 눈으로 봐도 부피가 줄어드는 과정이다. A, B, C 중에서 부피가 줄어드는 과정은 B->A, B-C가 있다. 둘 중에 하나가 옳은 것이다. 그런데 III에서는 모래를 올렸기 때문에 당연히 압력의 변화가 있다. 따라서 B->A이다. 즉, (ㄷ) 설명은 옳지 않다. 그래서 정답은 (3) 2022. 6. 12. 이전 1 2 다음
