다음 열역학 성질(상태량)중 종량직(extensive) 성질인 것은?
- 질량
- 온도
- 압력
- 비체적
정답과 해설 보기
정답 ① · 주어진 열역학 성질 중 계의 크기에 비례하는 종량직 성질을 고르는 문제이다. 질량은 계의 규모가 커지면 그만큼 커지므로 대표적인 종량직 성질이다.
계의 크기에 비례하는 종량직(extensive) 성질은 질량이며, 온도와 압력은 강량직(intensive)이다.
개념 한 쪽
건설기계설비기사 과정과 사이클 등 — 상태량 분류와 기본 관계
열역학의 기본 개념은 상태량의 분류와 물리량들 사이의 기본 관계를 이해하는 것에 집중한다. 상태량은 계의 현재 상태를 나타내는 물리량이며, 계의 크기 의존성 여부에 따라 종량적(extensive) 또는 강량적(intensive)으로 나눈다. 또한 비열 계산, 압력의 절대값 환산, 혼합 기체의 밀도 계산과 같은 기본 공식들을 적용하는 문제가 자주 출제된다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「과정과 사이클 등」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 성질의 계 크기 의존성 판별 | 1 | 상태량이 계 크기에 따라 변하는지 여부로 종량/강량을 구분하는 능력을 묻는다 |
| 물질 양에 따른 상태량 분류 | 1 | 물질의 양에 비례하여 변화하는 상태량을 찾아 종량적 성질을 판정하는 문제를 묻는다 |
| 압력 환산 계산 | 1 | 게이지압력에 대기압을 더해 절대압력을 구하는 계산 절차를 묻는다 |
뜻
상태량은 시스템의 현재 상태를 나타내는 물리량으로, 그 값은 시스템이 어떠한 경로를 거쳐 그 상태에 도달했는지와 무관하게 결정된다. 대표적인 상태량으로는 압력, 온도, 부피, 엔탈피, 엔트로피 등이 있으며, 상태량이 아닌 것은 물질 고유의 상수처럼 쓰이는 값이다.
상태량은 계의 크기 의존성에 따라 분류된다. 종량적(extensive) 성질은 계의 질량이나 크기에 비례하여 값이 변하는 성질을 말한다. 예로 질량과 총체적 체적(부피)이 종량적 성질에 해당한다. 반대로 강량적(intensive) 성질은 계의 크기와 무관하게 특정 상태를 나타내는 값으로, 온도, 압력, 비체적 등의 값이 여기에 해당한다.
열량-질량-온도 변화 사이의 관계는 Q = m c ΔT로 표현한다. 여기서 c는 단위 질량을 1K 올리는 데 필요한 열량을 나타내는 물리량이다. 비열을 구할 때는 공급된 열량을 줄 단위로 변환한 뒤 질량과 온도 변화량의 곱으로 나눠야 한다.
압력의 측정에는 게이지압력(계기압)과 절대압력이 있으며, 절대압력은 게이지압력에 대기압을 더한 값으로 계산한다. 따라서 절대압력 = 게이지압력 + 대기압 공식을 항상 확인해야 한다. 또한 혼합 기체의 밀도는 혼합 전후의 전체 질량을 전체 체적으로 나누어 계산한다.
예제
비열 계산 예시를 보인다. 질량 4kg의 시료에 825kJ의 열을 주어 온도를 15℃에서 100℃로 올렸다면 비열 c는 Q/(mΔT)로 구한다. Q를 줄 단위로 바꾸면 825000J이고 ΔT는 85K이므로 c = 825000 / (4 × 85) ≈ 2426 J/kg·K로 계산한다. 문제 보기에 근사값이 제시되는 경우가 있으므로 단위 변환과 나눗셈 순서를 확인한다.
압력 환산 예시를 보인다. 보일러 압력계가 12 kgf/cm²(게이지압력)를 가리키고 대기압이 750 mmHg일 때 대기압을 kgf/cm²로 환산하면 약 1.033 kgf/cm²가 된다. 따라서 절대압력은 12 + 1.033 ≈ 13.033 kgf/cm²가 된다.
대표 기출 3문항
물질의 양에 따라 변화하는 종량적 상태량은?
- 밀도
- 체적
- 온도
- 압력
정답과 해설 보기
정답 ② · 물질의 양에 따라 값이 변하는 종량적 상태량을 고르는 문제이다. 종량적 상태량은 계의 크기, 즉 질량에 비례하여 변하는 양으로 체적, 질량, 엔탈피, 엔트로피 등이 여기에 속한다.
물질의 양에 비례하여 변하는 값을 종량적 상태량, 물질의 양과 무관한 값을 강량적 상태량이라고 합니다.
대기압이 750mmHg이고, 보일러의 압력계가 12kgf/cm²로 제시하고 있을 경우, 이 압력을 절대압력으로 환산하면 약 몇 kgf/cm²인가?
- 10.02
- 13.02
- 20.04
- 25.06
정답과 해설 보기
정답 ② · 게이지압력을 절대압력으로 환산하는 계산 문제이다. 절대압력은 게이지압력에 대기압을 더한 값으로 정의된다.
절대압력은 게이지압력(계기 압력)에 대기압을 더한 값이다.
자주 묻는 물음
- 종량적 상태량과 강량적 상태량은 어떻게 구분하나?
- 종량적 상태량은 계의 질량이나 크기에 비례하여 값이 변하는 물리량으로 질량이나 전체 체적이 해당한다. 강량적 상태량은 계의 크기와 무관한 값으로 온도, 압력, 비체적 등이 해당한다.
- 비열을 계산할 때 어떤 공식을 사용하나?
- 비열은 Q = m c ΔT 관계에서 c = Q / (m ΔT)로 계산한다. 열량을 줄 단위로 변환하고 질량과 온도 변화량의 곱으로 나누어야 한다.
- 게이지압력과 절대압력은 어떻게 관계하나?
- 절대압력은 게이지압력에 대기압을 더한 값이다. 즉, P_abs = P_gauge + P_atm 공식을 사용하여 계산한다.
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