[건설기계기술사 제140회 2교시 4번]

2교시 4번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분

이상기체의 정압·정적·등온 변화의 특징을 비교하고, 각 과정에서 일어나는 열량·일·내부에너지 변화의 관계를 실제 열기관의 작동과 연계하여 설명하시오.

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답안 구조

  1. 개요
  2. 이상기체의 열역학적 변화 과정
  3. 각 과정별 열량, 일, 내부에너지 변화 관계
  4. 실제 열기관의 작동과의 연계
  5. 결론

용어 정의

이상기체
보일-샤를의 법칙과 아보가드로 법칙을 따르는 가상의 기체로, 분자 간 상호작용이 없고 분자 자체의 부피를 무시할 수 있는 기체.
정압변화
압력이 일정하게 유지된 상태에서 기체가 팽창하거나 수축하는 열역학적 과정으로, 등압 과정이라고도 한다.
정적변화
부피가 일정하게 유지된 상태에서 기체의 압력이나 온도가 변하는 열역학적 과정으로, 등적 과정이라고도 한다.
등온변화
온도가 일정하게 유지된 상태에서 기체가 팽창하거나 수축하는 열역학적 과정으로, 기체의 내부에너지 변화가 없는 것이 특징.
내부에너지
기체를 구성하는 분자들의 운동 및 위치 에너지의 총합으로, 이상기체의 경우 오직 온도에 의해서만 결정되는 값.
열기관
고온의 열원으로부터 열을 흡수하여 일부를 일로 변환하고, 나머지를 저온의 열원으로 방출하는 장치로, 자동차 엔진 등이 대표적.

핵심 내용

  • 이상기체 상태 방정식 및 열역학 제1법칙의 기본 원리
  • 정압, 정적, 등온 변화의 P-V 선도 상 특징 및 물리량 변화
  • 각 과정별 열량(Q), 일(W), 내부에너지(U) 변화의 정량적 관계
  • 이상기체 과정이 오토, 디젤, 카르노 사이클 등 실제 열기관에 적용되는 원리
  • 열기관의 열효율 및 각 과정의 에너지 흐름과 변환 역할

공식: PV=nRTPV=nRT, dQ=dU+dWdQ=dU+dW, dU=nCvdTdU=nC_v dT, dW=PdVdW=PdV, Wisobaric=P(V2−V1)W_{isobaric}=P(V_2-V_1), Wisothermal=nRTln(V2/V1)=nRTln(P1/P2)W_{isothermal}=nRTln(V_2/V_1) = nRTln(P_1/P_2)

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출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)

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