1.00 g 물이 대기압 1.013×10^5 Pa 등압하에서 팽창할 때 한 일

1.00 g 물이 대기압 1.013×10^5 Pa 등압하에서 팽창할 때 한 일

 

 

1.00 g의 물이 대기압 1.013×10^5 Pa에서 등압하에 끓고 있다.

액체 상태에서 물의 부피, V_i = V_liquid = 1.00 cm3이고

수증기 상태에서 부피, V_vapor = 1671 cm3가 된다.

계가 팽창할 때 한 일과 내부 에너지 변화를 구하라.

수증기가 주변의 공기를 밀어 낸다고 가정하여

수증기와 공기의 혼합은 무시한다.

 

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[참고] 화학적 일. 압력-부피 일. PV-Work

“계가 팽창할 때 한 일(w)”은

즉, 계의 팽창 일은, 정의상, “한 일”이므로,

부호는 항상 마이너스(–)이다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/5281 )

 

 

 

w = –P(V_f – V_i)

= –(1.013×10^5 Pa) (1671×10^(-6) m3 – 1.00×10^(-6) m3)

= –169 Pa•m3

= –169 J

 

 

 

> 물의 기화열(증발 잠열) = 2260 J/g

( 참고 https://ywpop.tistory.com/4948 )

 

 

 

q = C m

( 참고: 현열과 잠열 https://ywpop.tistory.com/19273 )

 

= (1.00 g) (2260 J/g)

= 2.26×10^3 J

 

 

 

ΔE = q + w

( 참고 https://ywpop.tistory.com/5134 )

 

= (2.26×10^3 J) + (–169 J)

= 2091 J

= 2.09×10^3 J

= 2.09 kJ

 

 

 

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답: w = –169 J, ΔE = 2.09 kJ

---> 계는 (외부에 대해) 169 J만큼의 일을 했고,

외부는 계에 2.26×10^3 J만큼의 열을 공급했다.

이때 계의 내부 에너지는 2.09 kJ만큼 증가했다.

 

 

 

 

[참고] 은행 계좌의 잔고(돈) = 계의 내부 에너지

 

○○은행의 내 계좌에서

월초에 생활비로 50만원 인출하고,

( 생활비 = 팽창 일 = –50 J )

( “인출 = 잔고 감소” 이므로,

회계상(수학적으로, 과학적으로),

부호는 항상 마이너스(–).

그러나 일상적으로는

그냥 50만원 인출했다고 하지,

–50만원이라고 하지는 않는다. )

 

월말에 월급여로 200만원이 입금되었다면,

( 월급여 = 기화열 = +200 J )

( 물이 끓는다 또는 물을 끓인다는 것은

외부의 열(q)이 계로 투입된다 또는

외부의 열을 계에 공급한다는 의미이므로,

q의 부호는 플러스(+) )

 

월말 내 잔고는 얼마나 변했을까?

ΔE = q + w

= (+200 J) + (–50 J)

= 150 J

 

정리하면,

열(q)이든, 일(w)이든,

계에서 외부로 이동하면(빠져나가면)

부호는 마이너스(–)이고,

외부에서 계로 이동하면(들어오면, 공급되면)

부호는 플러스(+)이다.

 

 

 

 

[키워드] pv work 기준, pv work dic