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1[9급 지방직 고졸경채 물리] 25년 1회차

그림은 일정량의 이상 기체의 상태가 A→B→C 과정을 따라 변할 때 압력과 부피를 나타낸 것이다. 기체의 상태가 B→C 과정을 따라 변할 때 온도는 일정하고, A→B 과정과 B→C 과정에서 기체에 공급한 열량은 각각  $Q_1$ ,  $Q_2$ 이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

기체의 온도는 A에서가 C에서보다 높다.

기체가 한 일의 크기는 A→B 과정에서가 B→C 과정에서보다 크다.

A→B 과정에서 기체의 내부 에너지 변화량은  $Q_1$ 과 같다.

B→C 과정에서 기체가 한 일의 크기는  $Q_2$ 와 같다.

해설

B→C는 등온 과정이라 내부 에너지 변화가 0이므로 기체가 한 일은 흡수한 열량 $Q_2$ 와 같다.

열역학 제1법칙 $Q=\Delta U+W$ 에서 등온이면 $\Delta U=0$ 이므로 $W=Q_2$ 이다.

A의 온도가 C보다 높음: $PV$ 가 A는 $2PV$ , C는 $4PV$ 이므로 C의 온도가 더 높다.
A→B의 일이 더 큼: A→B 일은 $2P\times V=2PV$ 이고, B→C 그래프 아래 넓이는 $2PV$ 보다 크다( $4PV\ln2\approx2.8PV$ ).
A→B 내부 에너지 변화가 $Q_1$ : 등압 팽창에서 외부에 일을 하므로 $\Delta U=Q_1-W$ 로 $Q_1$ 보다 작다.

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