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일정한 온도에서 내부에너지의 부피 의존성을 나타내는 열역학적 성질을 내… | [7급 국가직 화공열역학] 21년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[7급 국가직 화공열역학] 21년 1회차
일정한 온도에서 내부에너지의 부피 의존성을 나타내는 열역학적 성질을 내부적 압력(πT\pi_T)이라 한다. 내부에너지가 부피와 엔트로피에 대한 함수로 표현될 때, 다음 비리얼(virial) 상태방정식으로 구한 πT\pi_T는? (단, πT=(∂U∂V)T\pi_T=\left(\frac{\partial U}{\partial V}\right)_T이며, 2차 비리얼 계수 BB는 온도의 함수이고, RR은 기체상수, PP는 압력, TT는 온도, UU는 몰 내부에너지, VV는 몰 부피이다)
P=RTV(1+BV)P=\frac{RT}{V}\left(1+\frac{B}{V}\right)
1
RT2V2(∂B∂T)V\frac{RT^2}{V^2}\left(\frac{\partial B}{\partial T}\right)_V
2
−RT2V2(∂B∂T)V-\frac{RT^2}{V^2}\left(\frac{\partial B}{\partial T}\right)_V
3
RTV+RT2V2(∂B∂T)V\frac{RT}{V}+\frac{RT^2}{V^2}\left(\frac{\partial B}{\partial T}\right)_V
4
RTV−RT2V2(∂B∂T)V\frac{RT}{V}-\frac{RT^2}{V^2}\left(\frac{\partial B}{\partial T}\right)_V
해설

내부적 압력은 πT=RT2V2(∂B∂T)V\pi_T=\dfrac{RT^2}{V^2}\left(\dfrac{\partial B}{\partial T}\right)_V이다.

열역학적 상태방정식: πT=T(∂P∂T)V−P\pi_T=T\left(\dfrac{\partial P}{\partial T}\right)_V-P

미분: (∂P∂T)V=RV+RBV2+RTV2dBdT\left(\dfrac{\partial P}{\partial T}\right)_V=\dfrac{R}{V}+\dfrac{RB}{V^2}+\dfrac{RT}{V^2}\dfrac{dB}{dT}
여기에 TT를 곱하고 PP를 빼면 RTV+RTBV2\dfrac{RT}{V}+\dfrac{RTB}{V^2}가 상쇄되어 RT2V2dBdT\dfrac{RT^2}{V^2}\dfrac{dB}{dT}만 남는다.

이상기체(B=0B=0)이면 πT=0\pi_T=0이 되어, 분자 간 상호작용이 있을 때만 내부에너지가 부피에 의존함을 보여 준다.

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