DAY20 열역학 법칙과 전기 에너지의 이용

오늘의 수능패턴 42 열의 출입과 열역학 법칙

20	01	2018학년도 수능 17번

그림 (가)는 이상 기체 A가 들어 있는 실린더에서 피스톤이 정지해 있는 모습을, (나)는 (가)의 A에 열량 Q를 가하여 피스톤이 이동해 정지한 모습을, (다)는 (나)의 A에 일 W를 하여 피스톤을 이동시킨 후 고정한 모습을 나타낸 것이다. A의 압력은 (가) → (나) 과정에서 일정하고, A의 부피는 (가)와 (다)에서 같다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (3점)

		<보 기>
	ㄱ. A의 온도는 (가)에서가 (다)에서보다 낮다. ㄴ. (나) → (다) 과정에서 A의 압력은 일정하다. ㄷ. (가) → (나) 과정에서 A가 한 일은 (나) → (다) 과정에서 A의 내부 에너지 변화량과 같다.

① ㄱ ② ㄴ ③ ㄱ, ㄷ ④ ㄴ, ㄷ ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ①

20	02	EBS 연계 2018학년도 9월 평가원 17번

그림 (가)와 같이 두 개의 단열된 실린더에 이상 기체 A, B가 들어 있고, 단면적이 동일한 단열된 두 피스톤이 정지해 있다. 그림 (나)는 (가)의 A에 열량 Q를 공급하였더니 피스톤이 천천히 이동하여 정지한 모습을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 실린더는 고정되어 있고, 피스톤의 마찰은 무시한다.) (3점)

		<보 기>
	ㄱ. 피스톤이 이동하는 동안 B의 온도는 일정하다. ㄴ. (나)에서 기체의 압력은 A와 B가 같다. ㄷ. A의 내부 에너지는 (나)에서가 (가)에서보다 Q만큼 크다.

① ㄱ ② ㄴ ③ ㄱ, ㄷ ④ ㄴ, ㄷ ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ②

20	03	EBS 연계 2017학년도 수능 16번

그림 (가)는 열효율이 0.2인 열기관이 고열원에서 [eqn: Q _{1}]의 열을 흡수하여 [eqn: W]의 일을 하고 저열원으로 [eqn: Q _{2}]의 열을 방출하는 것을 모식적으로 나타낸 것이다. 그림 (나)는 (가)의 열기관의 작동 과정의 일부에 대한 기체의 상태 변화를 압력과 부피의 그래프로 나타낸 것이다. A→B 과정은 등적 과정이고, B→C 과정은 단열과정이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (3점)

		<보 기>
	ㄱ. [eqn: Q _{2}]=4W이다. ㄴ. A→B 과정에서 기체는 열을 흡수한다. ㄷ. B→C 과정에서 기체가 한 일은 B→C 과정에서 기체의 내부 에너지의 감소량과 같다.

① ㄴ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄱ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ⑤

20	04	EBS 연계 2017학년도 9월 평가원 13번

그림 (가)와 같이 열전달이 잘되는 고정된 금속판에 의해

분리된 실린더에 같은 양의 동일한 이상 기체 A와 B가 열평형 상태에 있다. A, B의 부피와 압력은 같다. 그림 (나)는 (가)에서 B에 열량 [eqn: Q]를 가했더니 A의 부피가 서서히 증가하여 피스톤이 정지한 모습을 나타낸 것이다.

(가)                   (나)

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 피스톤의 질량, 실린더와 피스톤 사이의 마찰, 금속판이 흡수한 열량은 무시한다.) (3점)

		<보 기>
	ㄱ. (나)에서 기체의 압력은 A가 B보다 작다. ㄴ. (나)에서 기체의 내부 에너지는 A가 B보다 크다. ㄷ. (가)에서 (나)로 되는 과정에서 A가 흡수한 열량은 [eqn: {1} over {2} Q]보다 크다.

① ㄱ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄱ, ㄷ   ⑤ ㄴ, ㄷ

정답 ④

20	05	EBS 연계 2017학년도 6월 평가원 18번

그림 (가)는 단열된 실린더에 일정량의 이상 기체가 들어 있고, 모래가 올려진 단열된 피스톤이 정지해 있는 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 (가)에서 피스톤 위의 모래의 양을 조절하거나 기체에 열을 가하여 기체의 상태를 A→B→C를 따라 변화시킬 때, 압력과 부피를 나타낸 것이다. A→B는 단열 과정이고, B→C는 등압 과정이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 대기압은 일정하고, 실린더와 피스톤 사이의 마찰은 무시한다.) (2점)

		<보 기>
	ㄱ. A→B 과정에서 기체의 온도는 변하지 않는다. ㄴ. B→C 과정에서 모래의 양을 감소시킨다. ㄷ. B→C 과정에서 기체는 열을 흡수한다.

① ㄱ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ②

20	06	2016학년도 수능 18번

그림 (가)는 추, 밀도가 균일한 유체, 이상 기체가 평형 상태에 있는 모습을 나타낸 것이다. (가)의 기체에 일정 시간 동안 열을 가했더니 그림 (나)와 같이 기체의 부피가 증가한 상태로 피스톤이 정지하였다. 실린더와 피스톤을 통한 열 출입은 없고, 아래 피스톤의 단면적은 위 피스톤의 단면적보다 크다.

(가)           (나)

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 피스톤의 질량, 실린더와 피스톤 사이의 마찰은 무시한다. 유체는 베르누이 법칙을 만족하고, 대기압은 일정하다.) (3점)

		<보 기>
	ㄱ. (가)에서 (나)로 변하는 동안 기체가 한 일은 추의 중력에 의한 퍼텐셜 에너지 변화량보다 크다. ㄴ. 기체의 내부 에너지 변화량은 기체가 받은 열과 같다. ㄷ. 기체의 압력은 (가)에서와 (나)에서가 같다.

① ㄱ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ①

20	07	2016학년도 7월 교육청 8번

그림은 실린더 내부의 이상 기체에 열을 계속 가하였더니 기체의 압력이 일정하게 유지되면서 피스톤이 서서히 올라가고 있는 모습을 나타낸 것이다.

피스톤이 올라가는 동안, 이상 기체에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (2점)

		<보 기>
	ㄱ. 기체 분자의 평균 속력은 증가한다. ㄴ. 내부 에너지는 증가한다. ㄷ. 외부에 일을 한다.

① ㄴ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄱ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ⑤

20	08	EBS 연계 2016학년도 6월 평가원 16번

그림은 온도가 T[eqn: {} _{1}]인 열원에서 10 kJ의 열을 흡수하여 W의 일을 하고 온도가 T[eqn: {} _{2}]인 열원으로 6 kJ의 열을 방출하는 열기관을 모식적으로 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (3점)

		<보 기>
	ㄱ. T[eqn: {} _{1}]>T[eqn: {} _{2}]이다. ㄴ. W=4 kJ이다. ㄷ. 열기관의 열효율은 0.6이다.

① ㄴ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄱ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ③

20	09	2016학년도 4월 교육청 5번

그림 (가)와 같이 온도 T[eqn: {} _{0}]인 일정량의 기체 A가 풍선과 시험관에 들어 있다. 그림 (나)는 (가)의 시험관을 온도 T[eqn: {} _{1}]인 물에 넣었을 때, A의 부피가 감소하여 풍선이 수축하는 모습을 나타낸 것이다.

(가)	(나)

		<보 기>
	ㄱ. T[eqn: {} _{0}]>T[eqn: {} _{1}]이다. ㄴ. (나)에서 A의 내부 에너지는 증가한다. ㄷ. (나)에서 A는 외부에 일을 한다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 열은 A와 물 사이에서만 이동하고, 대기압은 일정하다.) (2점)

① ㄱ ② ㄴ ③ ㄷ ④ ㄱ, ㄴ ⑤ ㄱ, ㄷ

정답 ①

20	10	2016학년도 3월 교육청 15번

그림 (가)는 단열된 실린더에 들어 있는 일정량의 이상 기체에 열량 Q[eqn: {} _{0}]을 공급하는 모습을 나타낸 것이다. 가열 전 기체의 온도는 T이고, 가열하는 동안 기체의 부피는 일정하게 유지되었다. 그림 (나)는 (가)에서 열 공급을 중단하고 고정핀을 제거하였더니 기체가 팽창하여 온도가 T가 된 모습을 나타낸 것이다.

(가)	(나)

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 피스톤과 실린더 사이의 마찰, 피스톤의 질량은 무시한다.) (3점)

		<보 기>
	ㄱ. 가열 후 (나)에서 기체의 절대 온도는 T이다. ㄴ. 가열 후 기체의 내부 에너지는 (가)에서가 (나)에서보다 크다. ㄷ. (나)에서 기체가 외부에 한 일은 (가)에서 기체의 내부 에너지 증가량과 같다.

① ㄱ   ② ㄴ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ⑤

20	11	EBS연계 2015학년도 수능 17번

그림 (가)와 (나)는 단열된 실린더에 들어 있는 같은 양의 동일한 이상 기체에, (가)는 부피를 (나)는 압력을 일정하게 유지하면서 각각 동일한 열량 Q를 공급한 모습을 나타낸 것이다. 가열 전 (가)와 (나)에서 기체의 부피와 절대 온도는 각각 V, T로 같고, 가열 후 (나)에서 기체의 부피는 2V이다.

(가)	(나)

이 과정에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 피스톤과 실린더 사이의 마찰은 무시한다.) (2점)

		<보 기>
	ㄱ. 동일한 생물 종이라도 개체들의 형질이 다양한 것을 유전적 다양성이라고 한다. ㄴ. 종 다양성이 높을수록 생태계가 안정적으로 유지된다. ㄷ. 서식지 파괴는 생물 다양성 감소의 원인이 된다.

① ㄱ   ② ㄴ   ③ ㄷ   ④ ㄱ, ㄴ   ⑤ ㄴ, ㄷ

정답 ②

20	12	2015학년도 10월 교육청 17번

그림 (가)는 빵 봉지를 냉장고에서 꺼낸 직후의 모습을 나타낸 것이고, 그림 (나)는 시간이 지난 후 (가)의 봉지가 부풀어 오른 모습을 나타낸 것이다. 봉지 속 기체의 압력과 기체 분자의 수는 일정했다.

(가)

(나)

봉지가 부풀어 오르는 동안 봉지 속 기체에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (3점)

		<보 기>
	ㄱ. 열을 흡수한다. ㄴ. 외부에 일을 한다. ㄷ. 내부 에너지가 증가한다.

① ㄱ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ⑤

20	13	2015학년도 9월 평가원 18번

그림 (가)와 같이 이상 기체가 들어 있는 단열 실린더가 단열 피스톤에 의해 A, B로 나누어져 있다. 그림 (나)는 (가)에서 A의 기체에 열량 Q를 가했더니 피스톤이 천천히 이동하여 정지한 모습을 나타낸 것이다.

(가)	(나)

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 실린더와 피스톤 사이의 마찰은 무시한다.) (3점)

		<보 기>
	ㄱ. A와 B의 기체 내부 에너지 변화량의 합은 Q이다. ㄴ. B의 기체가 받은 일은 Q보다 작다. ㄷ. B의 기체는 온도가 증가하였다.

① ㄱ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ⑤

20	14	2015학년도 6월 평가원 17번

그림 (가)와 (나)는 단열된 용기에 들어 있는 같은 양의 이상 기체를 각각 부피와 압력을 일정하게 유지하면서 가열하는 모습을 나타낸 것이다. (가)와 (나)에서 동일한 열량 Q를 공급하였더니 기체의 내부 에너지가 서로 같아졌다.

(가)	(나)

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 피스톤과 실린더 사이의 마찰은 무시한다.) (2점)

		<보 기>
	ㄱ. (가)에서 기체의 내부 에너지 증가량은 Q이다. ㄴ. (나)에서 기체 분자의 평균 속력은 증가하였다. ㄷ. 가열 전 기체의 내부 에너지는 (가)가 (나)보다 크다.

① ㄱ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ③

20	15	2015학년도 4월 교육청 3번

그림과 같이 산소 기체 A가 들어 있는 용기의 마개를 닫고 차가운 물속에 넣었더니, A의 부피가 일정하게 유지되면서 온도는 감소하였다.

A의 온도가 감소하는 동안, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (2점)

		<보 기>
	ㄱ. A는 외부에 일을 한다. ㄴ. A의 내부 에너지는 감소한다. ㄷ. A의 압력은 감소한다.

① ㄱ   ② ㄴ   ③ ㄷ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ④

20	16	2015학년도 3월 교육청 18번

그림은 실린더에 들어 있는 일정량의 이상 기체에 열을 계속 공급하는 모습을 나타낸 것이다. 실린더와 피스톤은 단열되어 있으며, 실린더 속의 기체는 (가) 과정에서는 부피가, (나) 과정에서는 압력이 일정하였다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 피스톤과 실린더 사이의 마찰은 무시한다.) (2점)

		<보 기>
	ㄱ. (가)에서 기체가 흡수한 열량은 기체의 내부 에너지 증가량과 같다. ㄴ. (나)에서 기체는 외부에 일을 한다. ㄷ. (가)와 (나)에서 기체의 온도는 증가한다.

① ㄱ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ⑤

20	17	2014학년도 10월 교육청 19번

그림 (가), (나)는 실린더에 들어 있는 이상 기체에 열 공급 장치를 이용하여 열을 공급하는 모습을 나타낸 것으로, 두 실린더에 들어 있는 이상 기체의 양은 같다. 실린더와 피스톤은 단열되어 있으며, 피스톤은 (가)에서는 고정되어 있고 (나)에서는 자유롭게 움직일 수 있다.

(가)	(나)

(가), (나)에서 열 공급 장치가 기체에 공급한 열량이 같을 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (2점)

		<보 기>
	ㄱ. (가)에서 기체의 압력은 증가한다. ㄴ. (나)에서 기체의 온도는 일정하다. ㄷ. (가)와 (나)에서 기체의 내부 에너지 증가량은 같다.

① ㄱ   ② ㄴ   ③ ㄱ, ㄷ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ①

20	18	EBS연계 2014학년도 9월 교육청 5번

그림은 공기가 들어 있는 찌그러진 페트병의 마개를 닫고 따뜻한 물에 넣었더니 페트병이 원래 모양으로 돌아오는 것을 보고 학생들이 대화하는 모습을 나타낸 것이다.

제시한 의견이 옳은 학생만을 있는 대로 고른 것은? (2점)

① 철수	② 영희	③ 민수

④ 철수, 민수	⑤ 영희, 민수

정답 ④

20	19	EBS연계 2014학년도 6월 평가원 18번

그림과 같이 실린더에 들어 있는 이상 기체에 열 Q를 가했더니 기체의 압력이 [eqn: P]로 일정하게 유지되면서 부피가 증가하였다.

부피가 증가하는 동안에 이상 기체에서 일어나는 현상에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (2점)

		<보 기>
	ㄱ. 기체의 온도 변화는 없다. ㄴ. 기체 분자의 평균 속력은 커진다. ㄷ. 기체가 흡수한 열량은 기체가 외부에 한 일과 같다.

① ㄴ ② ㄷ ③ ㄱ, ㄴ ④ ㄱ, ㄷ ⑤ ㄴ, ㄷ

정답 ①

오늘의 수능패턴 43 단열 과정과 열역학 법칙

20	20	EBS연계 2016학년도 9월 평가원 18번

그림 (가)와 (나)는 단열된 실린더에 들어 있는 온도가 T1인 같은 양의 동일한 이상 기체에, (가)는 열량 Q0을 공급한 것과 (나)는 일 W0을 해 준 것을 나타낸 것이다. (가)의 기체는 압력을 일정하게 유지하며 부피가 증가하여 온도가 T2가 되었고, (나)의 기체는 부피가 감소하여 온도가

T2가 되었다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 피스톤과 실린더 사이의 마찰은 무시한다.) (3점)

		<보 기>
	ㄱ. T2>T1이다. ㄴ. (나)의 기체가 받은 W¼은 모두 내부 에너지 변화에 사용되었다. ㄷ. (가)의 기체가 Q0을 흡수하는 동안 외부에 한 일은 Q0-W0이다.

① ㄱ ② ㄷ ③ ㄱ, ㄴ ④ ㄴ, ㄷ ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ⑤

20	21	2015학년도 7월 교육청 7번

그림은 이상 기체가 들어 있는 실린더의 피스톤 위에 추를 올려놓았을 때 피스톤이 정지해 있는 모습을 나타낸 것이다. 추를 제거한 후 피스톤이 정지할 때까지 감소하는 이상 기체의 물리량만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 열의 출입과 마찰은 무시한다.) (3점)

		<보 기>
	ㄱ. 압력 ㄴ. 평균 속력 ㄷ. 내부 에너지

① ㄱ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ⑤

20	24	2014학년도 7월 교육청 20번

그림은 핀으로 고정된 칸막이에 의해 두 부분으로 나누어진 실린더에 이상 기체 A, B가 각각 들어 있는 것을 나타낸 것이다. 핀을 제거하였더니 칸막이는 A의 부피가 증가하는 방향으로 움직였다. 칸막이와 실린더를 통한 열과 기체의 이동은 없다.

A의 부피가 증가하는 동안, A, B가 갖는 물리량의 크기가 증가하는 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 칸막이의 질량 및 칸막이와 실린더 사이의 마찰은 무시한다.) (2점)

		<보 기>
	ㄱ. A의 압력 ㄴ. A의 온도 ㄷ. B의 내부 에너지

① ㄱ    ② ㄷ    ③ ㄱ, ㄴ    ④ ㄱ, ㄷ    ⑤ ㄴ, ㄷ

정답 ②

20	23	EBS연계 2014학년도 수능 5번

그림 (가), (나)는 단열 팽창을 이용하여 방사선의 궤적을 관찰하는 윌슨의 안개상자 원리를 모식적으로 나타낸 것이다. (가)는 공기가 들어 있는 상자 내부에 수증기를 넣고 수증기가 응결되지 않은 상태로 단열 팽창시킨 모습을, (나)는 (가)의 단열 팽창된 상자 내부에 방사선이 지나갈 때 궤적을 따라 수증기가 물로 응결되는 모습을 나타낸 것이다.

(가)                    (나)

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (3점)

		<보 기>
	ㄱ. (가)에서 단열 팽창하는 동안, 상자 내부의 온도는 낮아진다. ㄴ. (가)에서 단열 팽창하는 동안, 상자 내부의 압력은 감소한다. ㄷ. (나)에서 물로 응결된 수증기는 응결 과정에서 열을 흡수하였다.

① ㄱ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ③

20	24	2014학년도 7월 교육청 20번

그림은 핀으로 고정된 칸막이에 의해 두 부분으로 나누어진 실린더에 이상 기체 A, B가 각각 들어 있는 것을 나타낸 것이다. 핀을 제거하였더니 칸막이는 A의 부피가 증가하는 방향으로 움직였다. 칸막이와 실린더를 통한 열과 기체의 이동은 없다.

A의 부피가 증가하는 동안, A, B가 갖는 물리량의 크기가 증가하는 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 칸막이의 질량 및 칸막이와 실린더 사이의 마찰은 무시한다.) (2점)

		<보 기>
	ㄱ. A의 압력 ㄴ. A의 온도 ㄷ. B의 내부 에너지

① ㄱ    ② ㄷ    ③ ㄱ, ㄴ    ④ ㄱ, ㄷ    ⑤ ㄴ, ㄷ

정답 ②