해설 보기
정답계를 압축할 때 가역일이 비가역일보다 크다는 설명으로, 실제로는 가역 압축일이 최소이므로 옳지 않습니다.
핵심 개념
닫힌계의 압축-팽창 일(W = -∫P dVᵗ)과 가역일의 최소성
피스톤-실린더 같은 닫힌계에서 유체가 주고받는 일은 계의 총부피 변화를 통해 전달되며, 가역과정일 때 W = -∫P dVᵗ로 계산합니다(일이 계로 유입될 때 양수인 부호 규약). 일은 상태함수가 아니라 경로함수이므로 초기·최종 상태만으로 결정되지 않고 어떤 경로를 거쳤는지에 따라 값이 달라집니다. 또한 마찰이나 압력 불균형 같은 비가역 손실이 없는 가역과정은 '압축에 필요한 일은 최소, 팽창에서 얻는 일은 최대'가 되므로, 계를 압축할 때 가역일은 언제나 비가역일보다 작습니다.
선지별 해설
①압축에서 가역과정은 마찰·불균형 등 비가역 손실이 없어 투입해야 할 일이 최소가 됩니다. 따라서 같은 상태 변화라면 가역일은 비가역일보다 작으므로 이 선지는 틀렸습니다.
②일은 경로함수이므로 초기·최종 상태가 동일해도 어떤 경로를 따라갔는지에 따라 값이 달라집니다. 맞는 설명입니다.
③압축-팽창 일은 계의 총부피 dVᵗ가 변하면서 경계를 통해 전달되는 에너지이므로 총부피 변화와 직접 연관됩니다.
④가역과정에서는 계 내부 압력 P와 외부 압력이 같으므로 W = -∫P dVᵗ입니다. 팽창(dVᵗ > 0) 시 일이 음수가 되어 '유입될 때 양수'라는 부호 규약과도 일치합니다.
해설 보기
정답정압 공정에서 계 내부로 전달되는 열로, Q = ΔH = Cp·ΔT이므로 엔탈피 변화와 항상 같습니다.
핵심 개념
이상기체의 엔탈피 변화 ΔH = Cp·ΔT
이상기체의 내부에너지와 엔탈피는 오직 온도만의 함수이므로 경로와 무관하게 ΔU = Cv·ΔT, ΔH = Cp·ΔT로 계산됩니다. 즉 초기·최종 온도만 같으면 어떤 공정이든 ΔH는 동일합니다. 한편 닫힌계 가역 공정에서 정압일 때 전달되는 열은 Q = ΔH = Cp·ΔT이고, 정적일 때 전달되는 열은 Q = ΔU = Cv·ΔT입니다. 문제 조건상 초기·최종 온도가 다르고 이상기체에서 Cp = Cv + R로 Cp ≠ Cv이므로, Cv·ΔT 형태의 양은 ΔH와 결코 같을 수 없습니다.