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 질량, 길이, 시간 및 힘의 단위계 등 — 상태량의 종·강량 구분과 압력 변환
열역학 및 유체 관련 문제에서는 상태량의 분류와 압력의 기준(절대압·게이지압) 및 단위 변환을 정확히 이해해야 한다. 상태량은 크기에 따라 변하는 종량적과 크기와 무관한 강도성으로 나뉜다. 압력 계산 문제는 절대압 = 게이지압 + 대기압 공식을 일관되게 적용하여 해결해야 한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「질량, 길이, 시간 및 힘의 단위계 등」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 상태량 분류 | 1 | 물질의 양에 따라 변하는 종량적 성질을 가리기 |
| 종량적 예시 선택 | 1 | 물질의 양에 의존하는 상태량을 판별하기 |
| 압력 환산 및 절대압 계산 | 1 | 게이지압과 대기압 합으로 절대압을 계산하기 |
뜻
열역학적 성질은 계의 크기 의존성으로 분류할 수 있다. 물질의 양이나 계의 크기에 비례하여 값이 변하면 종량적 상태량으로 분류한다. 대표적인 종량적 상태량에는 질량과 전체 체적(부피)이 있으며, 두 배의 물질이 있으면 값이 대체로 두 배가 된다.
반대로 계의 크기와 무관하게 일정한 값을 가지는 성질은 강도성 상태량으로 분류한다. 온도, 압력, 밀도 등은 계의 크기 변화에 따라 달라지지 않으므로 강도성 상태량에 해당한다. 비가 붙은 물리량은 대개 강도성임을 기억한다.
압력 측정에서는 기준이 중요하다. 게이지압은 대기압을 0으로 하는 상대적 값이고, 절대압력은 진공을 0으로 하는 값이다. 따라서 절대압력은 게이지압에 대기압을 더한 값으로 계산한다. 이 관계식은 압력 관련 문제의 기본 공식이 된다.
단위 변환도 자주 요구된다. 문제에서 주어진 대기압이나 수두를 다른 단위로 환산하여 덧셈을 수행해야 할 때가 많으므로 제시된 자료 내의 환산 예시를 이용하면 실수를 줄일 수 있다.
예제
혼합 기체의 밀도 계산 사례를 다룬다. A 기체 질량 2 kg, 체적 0.1 m³, B 기체 체적 0.4 m³와 밀도 1 kg/m³이 주어질 때 B의 질량은 0.4 kg가 된다. 전체 질량은 2 + 0.4 = 2.4 kg이고 전체 체적은 0.1 + 0.4 = 0.5 m³이므로 혼합 밀도는 2.4 ÷ 0.5 = 4.8 kg/m³가 된다. 혼합 문제는 항상 총질량과 총체적을 먼저 구하는 절차를 따른다.
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.
해수면 아래 20m 에 있는 수중다이버에게 작용하는 절대압력은? (단, 대기압은 101kPa이고, 해수의 비중은 1.03이다.)
- 202.9 kPa
- 302.9 kPa
- 101.3 kPa
- 503.4 kPa
정답과 해설 보기
정답 ② · 수중 다이버에게 작용하는 절대압력을 구하는 문제이다. 절대압력은 대기압과 수심에 의한 게이지 압력의 합으로 P = P_atm + ρgh이다.
절대압력은 대기압에 수심에 의한 수압(게이지 압력)을 더하여 계산합니다.
자주 묻는 물음
- 종량적 상태량과 강도성 상태량을 어떻게 구분하나?
- 계의 크기나 물질의 양에 따라 값이 변하면 종량적 상태량이고 값이 크기와 무관하면 강도성 상태량이다. 예컨대 질량과 전체 부피는 종량적이며 온도·압력·밀도는 강도성이다.
- 절대압력과 게이지압의 차이는 무엇인가?
- 게이지압은 대기압을 0으로 한 상대값이고 절대압력은 진공을 0으로 한 값이다. 따라서 절대압력은 게이지압에 대기압을 더한 값으로 계산한다.
- 압력 문제에서 실수를 줄이는 요령은?
- 문제를 만나면 먼저 절대압력 = 게이지압 + 대기압 공식을 적하고 필요한 단위 환산을 수행한 뒤 덧셈을 실행해야 한다. 빠른 추정으로 해수 10m당 약 100 kPa 근사를 활용해 검산하면 도움이 된다.
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