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1[7급 국가직 화공열역학] 22년 1회차

어떤 기체 1 mol이 피스톤에 의해 실린더 내에 밀폐되어 있다. 다음의 표와 같이 이 기체가 4단계의 열역학적 순환과정을 거친다고 할 때, (가)와 (나)에 들어갈 양[J]을 바르게 연결한 것은? (단,  $\Delta U^t$ 는 기체의 총 내부에너지 변화,  $Q$ 는 열,  $W$ 는 일이다.  $Q$ 와  $W$ 는 주위로부터 기체로 전달되는 경우에 양(＋)의 값을 갖는다. 열역학적 순환과정에서 기체의 운동에너지와 위치에너지 변화는 무시하며, 축일은 없다)
단계  $\Delta U^t$ [J]  $Q$ [J]  $W$ [J]
1 → 2 200 5,000 (　)
2 → 3 (가) －1,800 (　)
3 → 4 (　) －500 100
4 → 1 3,000 (　) (나)
1 → 2 → 3 → 4 → 1 (　) (　) －2,500

(가)　(나)

단계	$\Delta U^t$ [J]	$Q$ [J]	$W$ [J]
1 → 2	200	5,000	(　)
2 → 3	(가)	－1,800	(　)
3 → 4	(　)	－500	100
4 → 1	3,000	(　)	(나)
1 → 2 → 3 → 4 → 1	(　)	(　)	－2,500

－2,800　2,800

－3,600　2,800

－2,800　3,200

－3,600　3,200

해설

제1법칙  $\Delta U^t=Q+W$ 와 순환과정의  $\Delta U^t=0$ 을 이용하면 (가)는 －2,800 J, (나)는 3,200 J이다.
1→2:  $W=200-5000=-4800$ 
3→4:  $\Delta U^t=-500+100=-400$ 
(가):  $0-200-(-400)-3000=-2800$ 
2→3:  $W=-2800-(-1800)=-1000$ 
(나):  $-2500-(-4800-1000+100)=3200$ 
(가)가 －3,600이면 네 단계의  $\Delta U^t$  합이 －800 J이 되어 순환과정 조건을 만족하지 못한다.
(나)가 2,800이면 네 단계 일의 합이 －2,900 J이 되어 주어진 순환 일 －2,500 J과 맞지 않는다.

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