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1[7급 국가직 화공열역학] 26년 1회차

절반은 1 mol의 이상기체로 채워져 있고 절반은 진공상태인 강철용기가 있다. 이상기체가 진공상태인 공간으로 일정온도에서 팽창하여 평형에 도달할 때, 수반되는 일의 크기( $|W|$ ), 몰내부에너지(molar internal energy) 변화( $\Delta U$ ) 및 몰엔트로피(molar entropy) 변화( $\Delta S$ )의 부호를 바르게 연결한 것은? (단, 기체는 기체분자운동론(kinetic－molecular theory)을 따른다) $|W|$  $\Delta U$  $\Delta S$

0　0　＋

0　0　－

＋　－　＋

＋　－　－

해설

진공으로의 자유팽창이므로 일 0, 내부에너지 변화 0, 엔트로피 증가이다.

외부압력이 0이라 일이 없고, 이상기체의 내부에너지는 온도만의 함수이므로 등온에서 $\Delta U = 0$ 이다. 그러나 비가역 팽창이므로 엔트로피는 $\Delta S = R\ln\dfrac{V_2}{V_1} = R\ln 2 \gt 0$ 으로 증가한다.

일 0·내부에너지 변화 0·엔트로피 감소: 고립계의 자발 과정에서 엔트로피는 줄어들 수 없다.
일 양수·내부에너지 감소·엔트로피 증가: 진공으로 팽창하면 밀어낼 외부압력이 없어 일이 생기지 않고, 내부에너지도 변하지 않는다.
일 양수·내부에너지 감소·엔트로피 감소: 세 부호가 모두 자유팽창과 맞지 않는다.

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