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1[7급 국가직 화공열역학] 25년 1회차

이상기체로 채워진 피스톤－실린더 장치 내부를 계라고 할 때, 계에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면? (단, 가역 공정을 가정하고, 기체의 운동에너지와 위치에너지 변화는 무시한다)ㄱ. 피스톤을 단열압축할 때, 계의 내부에너지 변화량은 가해진 일과 같다.
ㄴ. 피스톤을 고정하고 실린더를 가열할 때, 계의 내부에너지 변화량은 계에 가해진 열과 같다.
ㄷ. 피스톤을 고정하지 않고 실린더를 가열할 때, 계의 내부에너지 변화량은 계에 가해진 열보다 작다.

ㄱ

ㄱ, ㄴ

ㄴ, ㄷ

ㄱ, ㄴ, ㄷ

해설

제시된 세 설명이 모두 옳다.

열역학 제1법칙 $\Delta U = Q + W$ ( $W$ : 계에 가해진 일)를 각 경우에 적용한다.

단열압축: $Q = 0$ 이므로 $\Delta U = W$ 로, 가해진 일만큼 내부에너지가 증가한다.
피스톤 고정 가열: 부피 변화가 없어 $W = 0$ 이므로 $\Delta U = Q$ 이다.
피스톤 자유 가열: 기체가 팽창하며 외부로 일을 하므로 $\Delta U = Q - P\Delta V$ 가 되어 가해진 열보다 작다.

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