해설 보기
정답가역 팽창은 최대 일을 생산하고 가역 압축은 최소 일을 소비하므로, 크기 관계를 반대로 진술한 ④가 틀린 설명입니다.
핵심 개념
가역공정(reversible process)의 특징
가역공정은 마찰·난류·유한한 온도차 같은 비가역 요소가 전혀 없이, 계가 연속된 평형상태를 거쳐 무한히 천천히 진행되는 이상적인 공정입니다. 외부 조건을 아주 미세하게 바꾸면 언제든 방향을 되돌릴 수 있고, 같은 두 상태 사이에서 팽창일은 최대, 압축에 드는 일은 최소가 된다는 것이 핵심입니다. 이 문항은 '옳지 않은 것'을 고르는 유형이므로, 일의 크기 관계를 거꾸로 진술한 선지를 찾아야 합니다.
선지별 해설
①가역공정에는 마찰과 같은 소산 효과가 존재하지 않습니다. 이는 가역성의 기본 전제이므로 옳은 설명입니다.
②가역공정은 매 순간 평형에서 무한소만큼 벗어나며 진행되는 준정적(quasi-static) 과정이므로, 연속된 일련의 평형상태를 거친다는 설명은 옳습니다.
③외부 조건을 미소하게 변화시키면 공정의 진행 방향이 반전될 수 있다는 것은 가역성의 정의 그 자체이므로 옳은 설명입니다.
④관계가 정반대입니다. 가역 팽창은 같은 두 상태 사이에서 얻을 수 있는 '가장 큰' 일을 생산하고, 가역 압축은 '가장 작은' 일을 소비합니다. 팽창에서 최소 일, 압축에서 최대 일이라고 진술했으므로 틀렸습니다.
해설 보기
정답밀도·압력·온도는 모두 경로에 무관한 상태함수이면서 크기에도 무관한 세기 성질이므로 ③이 정답입니다.
핵심 개념
상태함수와 세기 성질(intensive property) 구분
열역학 성질은 두 축으로 나눌 수 있습니다. 첫째, 경로 무관 여부입니다. 상태함수(부피, 압력, 온도, 내부에너지 등)는 경로와 무관하지만, 열(Q)과 일(W)은 경로에 의존하는 경로함수입니다. 둘째, 계의 크기(질량) 의존 여부입니다. 크기에 비례하는 성질은 크기 성질(부피, 내부에너지 등), 크기와 무관한 성질은 세기 성질(밀도, 압력, 온도 등)입니다. 이 문항은 '경로에도 무관하고 계의 크기에도 무관한' 성질, 즉 세기 상태함수만으로 묶인 것을 찾는 문제입니다.