공조냉동기계기사 질량, 길이, 시간 및 힘의 단위계 — SI 기본단위와 압력·온도 환산

SI 기본단위는 일곱 가지다. 길이 m, 질량 kg, 시간 s, 전류 A, 온도 K, 물질량 mol, 광도 cd이며, 이 일곱을 기준으로 나머지 단위가 만들어진다. 줄과 뉴턴, 파스칼, 와트, 지멘스는 기본단위를 조합해 만든 유도단위이고, 킬로미터처럼 앞에 접두어가 붙은 것도 기본단위가 아니다. 섭씨온도 역시 유도단위로 분류되므로, 보기에서 기본단위의 개수를 셀 때는 이 셋을 걸러내는 것이 관문이다.

압력 단위는 서로 몇 배인지가 핵심이다. 표준 대기압은 1기압으로 정의되며, 파스칼로 바꾸면 101,325 Pa, 즉 약 101.325 kPa이고 760 mmHg에 해당한다. 보기에서 소수점을 떼고 101 kPa로 적은 값이 정답에 가장 가깝다. 1 bar는 약 100 kPa로 대기압과 거의 같고, 100 hPa은 10 kPa로 대기압의 10분의 1 수준이다. 반면 1 MPa는 1,000 kPa이므로 대기압의 약 10배가 되어, 대기압과 차이가 가장 큰 값이 된다.

힘은 질량과 가속도의 곱으로 나온다. F = ma이므로 100 kg인 물체에 2.5 m/s²의 가속도를 주려면 100 × 2.5 = 250 N을 가해야 한다. 질량의 단위가 kg이고 가속도의 단위가 m/s²이므로 그 곱이 그대로 N이 된다.

온도는 척도마다 기준점이 달라서 변환식이 필요하다. 화씨를 절대온도로 바꿀 때는 화씨에서 32를 빼고 5/9를 곱한 뒤 273.15를 더한다. 화씨에 273.15를 그냥 더하는 것은 서로 다른 기준점을 무시한 것이므로 틀린 설명이 된다. 섭씨온도는 물의 어는점을 0℃, 끓는점을 100℃로 잡아 정의하고, 두 물체가 제3의 물체와 각각 평형이면 서로도 평형이라는 열역학 제0법칙이 온도 측정의 바탕이 된다.

단위와 함께 붙는 기본 정의도 이 묶음에서 묻는다. 엔탈피는 내부에너지에 흐름일을 더한 값이므로 h = u + Pv이다. 물처럼 비체적이 변하지 않는 유체를 압축할 때 드는 일은 비체적과 압력차를 곱해 구하는데, 0.001 m³/kg인 물을 100 kPa에서 800 kPa까지 압축하면 압력차 700 kPa를 700,000 Pa로 바꾸어 곱해 700 J/kg이 된다. 정압과정에서 전달된 열량은 엔탈피 변화량과 같고, 엔트로피 변화량과 같다고 적으면 틀린다. 비열은 단위 질량의 온도를 1℃ 올리는 데 드는 열량이고, 내부에너지는 질량에 비례하는 종량적 상태량이다. 고체가 액체로 변하는 것은 융해, 고체가 기체로 곧바로 변하는 것은 승화라고 부른다.

사이클과 계의 분류도 여기 들어온다. 내부에너지는 경로가 아니라 상태로 값이 정해지는 상태함수이므로, 비가역 사이클이라도 처음 자리로 돌아오면 변화량은 0이 된다. 계의 경계를 통해 물질도 에너지도 오가지 않는 계는 고립계, 물질만 막고 에너지는 통하는 계는 밀폐계, 둘 다 통하는 계는 개방계이며, 열만 막는 단열계는 이 셋과 구분해서 본다.