일정한 외부압력에서 그림과 같은 단열 장치에 이상기체가 들어 있다. 고… | [변리사 1차] 13년 1회차 기출문제 상세 페이지

단열 장치 안의 기체가 고정 장치를 푼 뒤 외부 압력을 밀며 팽창하므로 열은 드나들지 않고 일만 밖으로 나가, 내부 에너지가 감소(△U < 0)한다.
그림은 실린더 안에 이상기체가 채워져 있고 오른쪽을 피스톤이 막고 있으며 그 피스톤이 고정 장치로 붙들려 있는 구조다. 고정 장치를 풀면 기체 압력이 외부 압력보다 커서 피스톤이 오른쪽으로 밀려난다.
단열이므로 $q=0$ 이고, 부피가 늘면서 기체가 한 일은 $w=P_{ext}\Delta V \gt 0$ 이다. 열역학 제1법칙에서
$\Delta U = q - w = -w \lt 0$
이상기체의 내부 에너지는 온도만의 함수이므로 $\Delta U \lt 0$ 이면 온도도 내려간다($\Delta T \lt 0$). 또 자발적인 비가역 팽창이라 기체의 엔트로피는 증가($\Delta S \gt 0$)한다. 온도가 변하는 과정이라 $\Delta G$는 정온·정압 자발성 기준이 적용되지 않아 부호를 단정할 수 없고, 확실하게 정해지는 것은 내부 에너지가 줄어든다는 것이다.