열역학 문제 20가지 예시
열역학적 과정
1. 열역학에서 이상 기체가 등온 과정을 거친다는 것은 다음과 같은 경우를 말합니다…
A. 기체의 상태 변화에도 온도는 항상 일정하게 유지됩니다.
B. 모든 분자는 서로 다른 속도로 움직인다.
C. 모든 기체 상태는 항상 온도가 변합니다.
D. 고온에서는 분자의 속도가 더 빠릅니다.
E. 가스의 압력과 부피는 변하지 않습니다.
논의
등온 또는 등온적인 것은 온도가 일정하다는 것을 의미합니다.
정답은 A입니다.
2. 모든 이상 기체는 등적 과정을 거치므로...
A. 모든 분자는 동일한 속도를 가지고 있다.
B. 고온에서는 분자의 평균 속도가 더 빠릅니다.
C. 가스 압력은 일정하게 유지됩니다.
D. 기체가 일을 할 것이다.
E는 내부 에너지가 없습니다.
논의
등적곡선 = 부피가 일정함.
정답은 B입니다.
3. 열역학 과정에 대한 올바른 설명은…
A. 등압 과정은 일정한 압력에서 기체를 변화시키는 과정입니다.
B. 등압변환은 일정한 온도에서 기체를 변화시키는 과정입니다.
C. 등적 과정은 일정한 압력에서 기체를 변화시키는 과정입니다.
D. 등온선은 일정한 부피에서 기체의 변화를 일으키는 과정입니다.
E. 등적반응은 일정한 온도에서 기체의 변화를 일으키는 과정입니다.
논의
등압 = 일정한 압력
등적 = 일정한 부피
등온 = 일정한 온도
정답은 A입니다.
열역학 제1법칙
4. 아래의 PV 그래프에서, 과정 I과 II에서 기체가 하는 일의 양은 다음과 같이 비례합니다...
A. 4 : 3
B. 3 : 4
C. 2 : 3
D. 1 : 2
E. 1 : 1
논의
알려진 바에 따르면:
프로세스 1 :
압력(P) = 20 N/ m²
초기 부피(V₁ ) = 10 리터 = 10dm³ = 10 x 10⁻³m³
최종 부피(V₂ ) = 40리터 = 40dm³ = 40 x 10⁻³m³
프로세스 2 :
압력(P) = 15 N/ m²
초기 부피(V₁ ) = 20 리터 = 20dm³ = 20 x 10⁻³m³
최종 부피(V₂ ) = 60리터 = 60dm³ = 60 x 10⁻³m³
질문:
답변 :
가스 관련 작업 진행 중 I:
W = P ΔV = P (V 2 –V 1 ) = (20)(40-10)(10 -3 m 3 ) = (20)(30)(10 -3 m 3 ) = (600)(10 -3 m 3 ) = 0,6 m 3
가스 관련 작업 진행 중 II:
W = P ΔV = P (V 2 –V 1 ) = (15)(60-20)(10 -3 m 3 ) = (15)(40)(10 -3 m 3 ) = (600)(10 -3 m 3 ) = 0,6 m 3
과정 I과 II에서 기체의 일 비교:
0,6m³ : 0,6m³
1 : 1
정답은 E입니다.
5. 압력-부피 그래프에서, 과정 I과 II에서 기체가 하는 일의 양은 다음과 비례합니다...
A. 4 : 3
B. 3 : 4
C. 2 : 3
D. 1 : 2
E. 1 : 1
논의
알려진 바에 따르면:
프로세스 I:
압력(P) = 20 파스칼
제1 부피(V1 ) = 10리터
제2 부피(V2 ) = 40리터
프로세스 II:
압력(P) = 15 파스칼
제1 부피(V1 ) = 20리터
제2 부피(V2 ) = 60리터
질문: 과정 I과 II에서 기체가 하는 일의 비교
답변 :
위 그래프를 바탕으로 한 열역학적 과정은 등압 과정(일정한 압력)입니다.
과정 I에서 기체가 한 일:
W = P (V 2 – V 1 )
W = (20)(40 – 10)
W = (20)(30)
W = 600
제2과정에서 기체가 한 일:
W = P (V 2 – V 1 )
W = (15)(60 – 20)
W = (15)(40)
W = 600
과정 I과 II에서 기체의 일 비교:
600 : 600
1 : 1
정답은 E입니다.
6. 헬륨 기체가 아래 PV 그래프에 따라 가열됩니다. AB 과정에서 헬륨 기체가 한 일은...
A. 15줄 
B. 10줄
C. 8 줄
D. 4 줄
예: 2 줄
논의
알려진 바에 따르면 :
압력(P) = 2 x 10⁵ N /m² = 2 x 10⁵ 파스칼
초기 부피(V₁ ) = 5 cm³ = 5 x 10⁻⁶ m³
최종 부피(V₂ ) = 15 cm³ = 15 x 10⁻⁶ m³
질문 : AB 과정에서 기체가 한 일은 얼마입니까?
답변 :
W = ∆P ∆V
W = P (V 2 – V 1 )
W = (2 x 10⁵ ) (5 x 10⁻³ – 5 x 10⁻³ )
W = (2 x 10⁵ ) (10 x 10⁻⁶ ) = (2 x 10⁵ )(1 x 10⁻⁵ )
W = 2 줄
정답은 E입니다.
7. 그림을 보세요! 이상 기체가 압력(P)에서 부피(V)로 변하는 과정을 거칩니다. 이 과정에서 기체가 한 일은…
A. 20줄
B. 15줄
C. 10 줄
D. 5 줄
4줄
논의
알려진 바에 따르면 :
초기 압력(P1 ) = 4 Pa = 4 N/ m²
최종 압력(P2 ) = 6 Pa = 6 N/ m2
초기 부피(V₁ ) = 2m³
최종 부피(V₂ ) = 4 m³
구하는 것 : 가스가 하는 일(W)
답변 :
기체가 한 일 = 곡선 ab 아래 면적.
W = 삼각형의 면적 + 직사각형의 면적
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 줄
정답은 E입니다.
8. 이상 기체가 A → B → C → A의 폐쇄 과정을 거칩니다. 이 순환 과정에서 기체가 하는 일은…
A. -2,0 x 103 J
B. − 5,5 x 10 3 J
C. − 8,0 x 10 5 J
D. 2,0 x 10 6 J
예: 4,0 x 10⁶ J
논의
일(W) = 곡선의 면적(화살표로 표시된 선 안쪽 삼각형의 면적).
W = ½ (20-10)(6 x 10 5 – 2 x 10 5 )
W = ½ (10)(4 x 10 5 )
W = (5)(4 x 10 5 )
W = 20 x 10⁵ = 2 x 10⁶ 줄
정답은 D입니다.
열 엔진
9. 어떤 기계가 고온 열원에서 2.000줄의 열을 흡수하고 저온 열원으로 1.200줄의 열을 방출합니다. 이 기계의 효율은 얼마입니까?
A. 80%
B. 75%
C. 60%
D. 50%
이. 40%
논의
알려진 바에 따르면:
흡수된 열량(Q H ) = 2000 줄
방출된 열량(Q L ) = 1200 줄
기계가 생산한 일(W) = 2000 – 1200 = 800 줄
질문 : 열기관의 효율(e)
답변 :
열기관의 효율을 구하는 공식은 다음과 같습니다.
e = W / Q H = 800/2000 = 0,4 x 100% = 40%
정답은 E입니다.
카르노 기관
10. 960K의 온도에서 열을 흡수하고 576K의 온도에서 열을 방출하는 카르노 기관의 사이클 효율은 얼마입니까?
A. 40%
B. 50%
C. 56%
D. 60%
이. 80%
논의
알려진 바에 따르면 :
고온( TH ) = 960 K
저온(TL ) = 576 K
질문 : 카르노 기관의 효율(e)
답변 :
카르노 기관의 효율은 0,4 x 100% = 40%입니다.
정답은 A입니다.
11. 아래 카르노 기관의 PV 그래프에서 W = 6.000 줄입니다. 기관이 한 사이클 동안 방출하는 열량은 얼마입니까?
A. 2.250줄
B. 3.000줄
C. 3.750 줄
D. 6.000 줄
예: 9.600 줄
논의
알려진 바에 따르면:
일(W) = 6000 줄
고온(TH ) = 800 켈빈
저온(T L ) = 300 켈빈
질문: Q
답변 :
이상적인 열기관(카르노 기관)의 효율:
카르노 기관이 흡수한 열량:
W = e Q 1
6000 = (0,625) Q 1
Q 1 = 6000 / 0,625
Q 1 = 9600
카르노 기관에서 방출되는 열:
Q 2 = Q 1 – W
Q 2 = 9600 – 6000
Q2 = 3600 줄
정답은 없습니다.
12. 효율이 40%인 카르노 기관이 727°C의 열 저장소를 사용합니다. 냉각 저장소의 온도를 구하세요!
A. 327°C
B. 357°C
섭씨 400도
D. 600°C
E. 627°C
논의
알려진 바에 따르면:
효율(e) = 40% = 40/100 = 0,4
고온(TH ) = 727 ° C + 273 = 1000K
질문: 냉각 저장소의 온도를 구하시오.
답변 :
저수지의 온도는 600–273 = 327 ° C 입니다.
정답은 A입니다.
13. 카르노 기관의 압력-부피 그래프는 다음 그림과 같습니다! 만약 기관이 800 J의 열을 흡수한다면, 한 일은 얼마일까요?
A. 105,5 J
B. 252,6 J
C. 336,6 J
D. 466,7 J
E. 636,7 J
논의
알려진 바에 따르면:
고온(TH ) = 600 켈빈
저온(T L ) = 250 켈빈
흡수된 열량(Q1 ) = 800 줄
질문: 노력(W)
답변 :
이상적인 열기관(카르노 기관)의 효율:
진행된 노력은 다음과 같습니다.
W = e Q 1
W = (7/12)(800 줄)
W = 466,7 줄
정답은 D입니다.
14. 카르노 기관은 600 K의 고온에서 작동하여 기계적 일을 합니다. 만약 이 기관이 400 K의 저온에서 600 J의 열을 흡수한다면, 생성된 일은 얼마입니까?
A. 120 J
B. 124 J
C. 135 J
D. 148 J
E. 200 J
논의
알려진 바에 따르면 :
저온(TL ) = 400 K
고온( TH ) = 600 K
흡수된 열량(Q1 ) = 600 줄
구함 : 카르노 기관으로 생산한 결과물 (W)
답변 :
이상적인 열기관(카르노 기관)의 효율:
카르노 기관이 하는 일:
W = e Q 1
W = (1/3)(600) = 200 줄
정답은 E입니다.
기체 운동론과 열역학
15. 탱크 안에 부피가 4리터, 온도가 27 ° C, 압력이 3기압(1기압 = 10⁵ Nm⁻² ) 인 이상 기체가 들어 있습니다. 이 기체는 일정한 압력에서 87 ° C 까지 가열됩니다. 기체의 비열은 9 JK⁻¹입니다 . 가열 후 기체의 최종 부피와 내부 에너지 변화량은 각각 얼마입니까?
A. 4,2리터, ΔU = 200줄
B. 4,4리터, ΔU = 240줄
C. 4,6리터, ΔU = 280줄
D. 4,8리터, ΔU = 300줄
예: 4,8리터, ΔU = 360줄
논의
등압 과정 (일정한 압력)
알려진 바에 따르면:
이상 기체의 초기 부피(V₁ ) = 4리터
이상 기체의 초기 온도(T₁ ) = 27 ° C + 273 = 300K
이상 기체의 최종 온도(T₂ ) = 87 ° C + 273 = 360K
이상 기체 압력 ( P) = 3 atm = 3 x 10⁵ Nm⁻²
기체의 열용량(°C) = 9 JK⁻¹
질문: 기체의 최종 부피(V₂ ) 와 기체의 내부 에너지 변화(ΔU)는 얼마입니까?
답변 :
샤를의 법칙 공식을 사용하여 최종 부피를 계산하십시오 (등압 과정 또는 일정 압력 조건):
음량 변화:
1 리터 = 0,001m³
초기 부피(V₁ ) = 4(0,001m³ ) = 0,004m³
최종 부피(V₂ ) = 4,8 (0,001 m³ ) = 0,0048 m³
부피 변화 ( ΔV) = V2 – V1 = 0,0048 m3 – 0,004 m3 = 0,008 m3.
온도 변화:
온도 변화 (ΔT) = T₂ – T₁ = 360K – 300K = 60K
열역학 제1법칙 공식을 이용하여 이상 기체의 내부 에너지 변화량(ΔU)을 계산하시오.
ΔU = Q - W
설명: ΔU = 내부 에너지 변화, Q = 열, W = 일.
일정한 압력에서 일(W)을 계산하십시오.
W = P ΔV = (3 x 10⁵ ) ( 0,0008) = (3 x 10¹ ) ( 8) = (30)(8) = 240 줄
열용량(C) 공식을 이용하여 열량(Q)을 계산하십시오.
C = Q / ΔT
Q = (C)(ΔT) = (9)(60) = 540줄
내부 에너지 변화량을 계산하세요:
ΔU = Q – W = 540 줄 – 240 줄 = 300 줄.
정답은 D입니다.
16. 탱크 안에 압력 2 atm(1 atm = 10⁵ Nm⁻²)이고 온도 27 °C인 이상 기체 6리터가 들어 있습니다. 이 기체 를 일정한 압력 에서 77 ° C 까지 가열합니다 . 기체의 비열이 5 JK⁻¹일 때 , 최종 부피와 내부 에너지 변화량은 각각 얼마입니까?
A. 8리터; ΔU = 250 줄
B. 8리터; ΔU = 200줄
C. 7리터; ΔU = 100줄
D. 7리터; ΔU = 50줄
예: 7리터; ΔU = 20줄
논의
등압 과정 (일정한 압력)
알려진 바에 따르면:
이상 기체의 초기 부피(V₁ ) = 6리터
이상 기체의 초기 온도(T₁ ) = 27 ° C + 273 = 300K
이상 기체의 최종 온도(T₂ ) = 77 ° C + 273 = 350K
이상 기체 압력 ( P) = 2 atm = 2 x 10⁵ Nm⁻²
기체의 열용량(°C) = 5 JK⁻¹
질문: 기체의 최종 부피(V₂ ) 와 기체의 내부 에너지 변화(ΔU)는 얼마입니까?
답변 :
샤를의 법칙 공식을 사용하여 최종 부피를 계산하십시오 (등압 과정 또는 일정 압력 조건):
음량 변화:
1 리터 = 0,001m³
초기 부피(V₁ ) = 6(0,001m³ ) = 0,006m³
최종 부피(V₂ ) = 7 (0,001m³ ) = 0,007m³
부피 변화( ΔV) = V2 – V1 = 0,007 m3 – 0,006 m3 = 0,001 m3.
온도 변화:
온도 변화 (ΔT) = T₂ – T₁ = 350K – 300K = 50K
열역학 제1법칙 공식을 이용하여 이상 기체의 내부 에너지 변화량(ΔU)을 계산하시오.
ΔU = Q - W
설명: ΔU = 내부 에너지 변화, Q = 열, W = 일.
일정한 압력에서 일(W)을 계산하십시오.
W = P ΔV = (2 x 10⁵ ) ( 0,001) = (2 x 10² ) (1 ) = (200)(1) = 200 줄
열용량(C) 공식을 이용하여 열량(Q)을 계산하십시오.
C = Q / ΔT
Q = (C)(ΔT) = (5)(50) = 250줄
내부 에너지 변화량을 계산하세요:
ΔU = Q – W = 250 줄 – 200 줄 = 50 줄.
정답은 D입니다.
열역학적 과정
17. 옆 그래프와 다음 설명을 살펴보세요!
(1AB 과정은 등압 과정이며 W = P(V)입니다.2 - V1)
(2) BC 과정은 단열 과정이며, ΔU = Q입니다.
(3) BC 과정은 등적 과정이며, ΔU = Q입니다.
(4) CA 공정은 등온 공정이며 시스템은 열을 흡수합니다.
올바른 문장은…
A. (1) 및 (3)
B. (1) 및 (4)
C. (2) 및 (3)
D. (2) 및 (4)
E. (3) 및 (4)
논의
(1 ) AB 과정은 등압 과정이며 W = P(V2 – V1 ) 입니다.
등압 과정은 압력이 일정하게 유지되는 과정입니다. 압력이 일정하다는 것은 A 에서 B까지 P1을 따라 직선을 그리는 것으로 나타낼 수 있습니다. 이 과정에서 압력은 일정하게 유지되지만 부피는 증가합니다. 부피가 증가하면 시스템은 주변 환경에 일을 하게 되는데, 이때 하는 일의 양(W)은 압력(P)과 부피 변화량(ΔU)의 곱입니다.
(3) BC 과정은 등적 과정이며, ΔU = Q입니다.
등적 과정 = 부피 일정. 부피가 일정하다는 것은 B에서 C까지 V₂를 따라 직선을 그으면 알 수 있습니다. 이 과정에서 부피는 일정하게 유지되지만 압력은 증가합니다. 부피가 일정하므로 일은 수행되지 않으며, 따라서 W = 0입니다. 열역학 제2법칙의 공식은 ΔU = Q - W이며, 여기서 ΔU는 내부 에너지 변화, Q는 열량, W는 일입니다. 일이 없으면 W = 0이므로 ΔU = Q입니다.
정답은 A입니다.
18. 다음 열역학 사이클 그래프를 살펴보세요!
다음 진술에서:
(1) A – B = 등적 과정, 일은 온도 변화에 따라 달라집니다.
(2) B – C = 단열, 열 변화 없음
(3) B – C = 등압, 일은 부피 변화에 따라 달라집니다.
(4) C – A = 이 과정은 시스템 외부의 노력으로 발생합니다.
사실은…
A. (1) 및 (2)
B. (1) 및 (3)
C. (2) 및 (3)
D. (2) 및 (4)
E. (3) 및 (4)
논의
(1) A – B = 등적 과정, 일은 온도 변화에 따라 달라집니다.
네, 이 과정은 등적 과정(부피 일정 과정)입니다. 하지만 부피가 일정하게 유지되므로 일은 일어나지 않습니다. 일은 부피의 변화가 있을 때 발생합니다. 따라서 이 설명은 틀렸습니다.
(3) B – C = 등압, 일은 부피 변화에 따라 달라집니다.
등압선은 압력이 일정하다는 것을 의미합니다. 압력이 일정하다는 것은 B에서 C까지 직선으로 나타낸다는 뜻입니다. 이 과정에서 시스템의 부피가 증가하는데, 이는 시스템이 주변 환경에 일을 한다는 것을 의미합니다.
(4) C – A = 이 과정은 시스템 외부의 노력으로 발생합니다.
이 과정에서 시스템의 부피가 감소하고 시스템의 압력도 감소합니다. 시스템 부피의 감소는 외부 환경이 시스템에 일을 하고 있음을 의미합니다. 즉, 외부에서 일이 일어나고 있다는 뜻입니다.
정답은 E입니다.
열역학 법칙
19. 그림을 보세요! 이상 기체가 압력(P)에서 부피(V)로 변하는 과정을 거칩니다. 이 과정에서 기체가 한 일은…
A. 20줄
B. 15줄
C. 10 줄
D. 5 줄
4줄
논의
알려져 있다 :
초기 압력(P)1) = 4 Pa = 4 N/m2
최종 압력(P)2) = 6 Pa = 6 N/m2
초기 부피(V)1) = 2m3
최종 볼륨(V)2) = 4m3
질문했습니다 기체가 한 일(W)
자와브 :
기체가 한 일 = 곡선 ab 아래 면적.
W = 삼각형의 면적 + 직사각형의 면적
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 줄
정답은 E입니다.
20. 이상 기체가 A → B → C → A의 폐쇄 과정을 거칩니다. 이 과정에서 기체가 하는 일은…
A. −2,0 x 103 J
B. −5,5 x 103 J
C. −8,0 x 105 J
D. 2,0 x 106 J
예: 4,0 x 106 J
논의
일(W) = 곡선의 면적(화살표로 표시된 선 안쪽 삼각형의 면적).
W = ½ (20-10)(6 x 105 – 2x105)
W = ½ (10)(4 x 105)
W = (5)(4 x 105)
W = 20 x 105 = 2x106 줄
정답은 D입니다.
질문 출처:
고등학교/직업고등학교 물리 국가시험 문제
