온도 차에 의해 온도 가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 에너지 이다.열량 이라고 하며, 열량 은 기호로 Q Q
열의 단위는 주로 J = J = N ⋅ m = N ⋅ m = k g ⋅ m 2 / s 2 k g ⋅ m 2 / s 2 c a l c a l c a l c a l 1 c a l = 4.184 J 1 c a l = 4 . 1 8 4 J
열의 이동을 차단하는 것이다.
물체 1 k g 1 k g 온도 를 1 K 1 K 열량 이다. 비열 은 물질마다 다르다.J / ( k g ⋅ K ) J / ( k g ⋅ K ) c c
비열 이 c c 질량 이 m m 열량 Q Q 온도 변화를 Δ T Δ T Q = c m Δ T Q = c m Δ T
물체의 온도 를 1 K 1 K 열량 이다.J / K J / K C C 비열 을 c c 질량 을 m m 열용량 C = c m C = c m
그림과 같이 단열 용기에 담겨 있는 온도 가 300 K 3 0 0 K 액체 에 8000 J 8 0 0 0 J 열량 을 가했더니, 액체 의 온도 는 x K x K 액체 의 비열 은 4000 J / ( k g ⋅ K ) 4 0 0 0 J / ( k g ⋅ K ) 질량 이 0.5 k g 0 . 5 k g 액체 의 열용량 과 x x
열용량 구하기:비열 을 c c 질량 을 m m 열용량 C = c m C = c m 액체 의 열용량 은 C = C = c m = c m = 4000 J / ( k g ⋅ K ) × 0.5 k g = 4 0 0 0 J / ( k g ⋅ K ) × 0 . 5 k g = 2000 J / K 2 0 0 0 J / K
x x 액체 는 단열 용기에 담겨 있으므로 액체 에 가한 열량 을 제외하고는 열의 이동이 없어,액체 에 가한 열량 은 모두 액체 의 온도 변화에 사용되었음을 알 수 있다.비열 이 c c 질량 이 m m 열량 Q Q 온도 변화를 Δ T Δ T Q = c m Δ T Q = c m Δ T 8000 J = 4000 J / ( k g ⋅ K ) × 0.5 k g × Δ T 8 0 0 0 J = 4 0 0 0 J / ( k g ⋅ K ) × 0 . 5 k g × Δ T Δ T = Δ T = 4 J 1 J / K = 1 J / K 4 J = 4 K 4 K 액체 의 온도 는 4 K 4 K x = x = 300 + 4 = 3 0 0 + 4 = 304 3 0 4
그림과 같은 실험 장치에서 실을 수평 방향으로 크기가 1000 N 1 0 0 0 N 0.5 m 0 . 5 m 액체 의 온도 변화에 사용되어 액체 의 온도 가 Δ T Δ T 액체 의 비열 은 2000 J / ( k g ⋅ K ) 2 0 0 0 J / ( k g ⋅ K ) 질량 은 0.25 k g 0 . 2 5 k g Δ T Δ T
크기가 1000 N 1 0 0 0 N 1000 N × 0.5 m = 1 0 0 0 N × 0 . 5 m = 500 N ⋅ m = 5 0 0 N ⋅ m = 500 J 5 0 0 J
이때 힘이 한 일은 모두 액체 의 온도 변화에 사용되었으므로, 힘이 한 일은 모두 열에너지로 변환되었음을 알 수 있다. 따라서500 J = c m Δ T 5 0 0 J = c m Δ T 500 J = 2000 J / ( k g ⋅ K ) × 0.25 k g × Δ T 5 0 0 J = 2 0 0 0 J / ( k g ⋅ K ) × 0 . 2 5 k g × Δ T Δ T = 1 K Δ T = 1 K
그림과 같은 실험 장치에서 질량 이 10 k g 1 0 k g 속력 으로 2 m 2 m 액체 의 온도 가 Δ T Δ T 액체 의 비열 은 1000 J / ( k g ⋅ K ) 1 0 0 0 J / ( k g ⋅ K ) 질량 은 0.1 k g 0 . 1 k g Δ T Δ T 중력 가속도 는 10 m / s 2 1 0 m / s 2 질량 은 무시하며, 추의 역학적 에너지 변화량 은 모두 액체 의 온도 변화에만 사용된다.)
추는 일정한 속력 으로 낙하하므로 낙하하는 동안 추의 운동 에너지 는 일정하지만 중력 퍼텐셜 에너지 는 감소한다.
2 m 2 m 중력 퍼텐셜 에너지 감소량은10 k g × 10 m / s 2 × 2 m = 1 0 k g × 1 0 m / s 2 × 2 m = 200 k g ⋅ m 2 / s 2 = 2 0 0 k g ⋅ m 2 / s 2 = 200 J 2 0 0 J
이때 추의 역학적 에너지 변화량 은 모두 액체 의 온도 변화에만 사용되었으므로, 추의 역학적 에너지 변화량 은 모두 열에너지로 변환되었음을 알 수 있다. 따라서200 J = c m Δ T 2 0 0 J = c m Δ T 200 J = 1000 J / ( k g ⋅ K ) × 0.1 k g × Δ T 2 0 0 J = 1 0 0 0 J / ( k g ⋅ K ) × 0 . 1 k g × Δ T Δ T = 2 K Δ T = 2 K
1번 문항 정답 및 해설 보기
정답: $5$
ㄱ. 실이 당긴 힘(크기가 21 N 2 1 N 21 N × 4 m = 2 1 N × 4 m = 84 N ⋅ m = 8 4 N ⋅ m = 84 J 8 4 J
ㄴ. 힘이 한 일은 모두 액체 의 온도 변화에 사용되었으므로, 힘이 한 일은 모두 열에너지로 변환되었음을 알 수 있다. 그러므로84 J = c m Δ T 8 4 J = c m Δ T 84 J = c × 0.2 k g × 0.1 K 8 4 J = c × 0 . 2 k g × 0 . 1 K c = 4200 J / ( k g ⋅ K ) c = 4 2 0 0 J / ( k g ⋅ K )
ㄷ. 열용량 C = c m C = c m C = C = c m = c m = 4200 J / ( k g ⋅ K ) × 0.2 k g = 4 2 0 0 J / ( k g ⋅ K ) × 0 . 2 k g = 840 J / K 8 4 0 J / K
따라서 정답은 5 5
2번 문항 정답 및 해설 보기
정답: $2$
추는 일정한 속력 으로 낙하하므로 낙하하는 동안 추의 운동 에너지 는 일정하지만 중력 퍼텐셜 에너지 는 감소한다.
3 m 3 m 중력 퍼텐셜 에너지 감소량은M × 10 m / s 2 × 3 m = M × 1 0 m / s 2 × 3 m = 30 M m 2 / s 2 3 0 M m 2 / s 2
추의 역학적 에너지 변화량 은 모두 액체 의 온도 변화에만 사용되었으므로, 추의 역학적 에너지 변화량 은 모두 열에너지로 변환되었음을 알 수 있다. 그러므로30 M m 2 / s 2 = c m Δ T 3 0 M m 2 / s 2 = c m Δ T 30 M m 2 / s 2 = 3000 J / ( k g ⋅ K ) × 0.1 k g × 0.5 K 3 0 M m 2 / s 2 = 3 0 0 0 J / ( k g ⋅ K ) × 0 . 1 k g × 0 . 5 K 30 M m 2 / s 2 = 150 J 3 0 M m 2 / s 2 = 1 5 0 J 30 M m 2 / s 2 = 150 k g ⋅ m 2 / s 2 3 0 M m 2 / s 2 = 1 5 0 k g ⋅ m 2 / s 2 M = 5 k g M = 5 k g
따라서 정답은 2 2
