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1[7급 국가직 화공열역학] 26년 1회차
1 mol의 이상기체 A가 피스톤에 의하여 실린더 내에 밀폐되어 있다. 2 bar, 10 L의 초기상태에서 피스톤은 걸쇠에 의해 위치가 고정되어 있다. 외부압력(PEP_E)이 1 bar인 상태에서 A가 1 bar, 15.5 L로 팽창할 때, 계가 한 일의 크기[J]는?

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해설

걸쇠를 푼 뒤 피스톤은 일정한 외부압력 1 bar에 맞서 팽창하므로, 계가 한 일은 외부압력 × 부피 변화로 구하며 크기는 550 J이다.

비가역 팽창이므로 기체 자신의 압력이 아닌 외부압력을 쓴다.
W=PE ΔV=(1×105 Pa)(15.5−10)×10−3 m3W = P_E\,\Delta V = (1\times10^{5}\,\mathrm{Pa})(15.5-10)\times10^{-3}\,\mathrm{m^3}
W=1×105×5.5×10−3=550 JW = 1\times10^{5}\times5.5\times10^{-3} = 550\,\mathrm{J}

  • 0 J: 부피가 실제로 늘어났으므로 외부에 한 일이 0일 수 없다.
  • 55 J: 부피 변화 5.5 L를 m3\mathrm{m^3}로 바꿀 때 자릿수를 한 단계 잘못 옮긴 값이다.
  • 5,550 J: 외부압력 1 bar와 부피 변화 5.5 L로 구한 일의 10배를 넘는 값으로, 일정 외부압력 팽창의 일과 맞지 않는다.

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