2023년 11월 고1 학평 (2015 교육과정) 통합과학 5번 해설
5.
그림은 열효율이 0.25인 열기관이 고열원에서 100 J의 열을 흡수하여 W의 일을 하고 저열원으로 열을 방출하는 것을 나타낸 것이다. W는? [2점]
- ① 25 J
- ② 30 J
- ③ 50 J
- ④ 60 J
- ⑤ 75 J
①
e = W/Q에 e = 0.25, Q = 100 J 대입 → W = 25 J, 정답 ①.
핵심 개념
열기관의 열효율은 흡수한 열 중 일로 바뀐 비율(e = W/Q)이다.
정답 근거
열효율 e = W/Q 이므로 W = e × Q = 0.25 × 100 J = 25 J 이다. (저열원으로 방출하는 열은 100 J − 25 J = 75 J 이다.) 따라서 정답은 ①이다.
선지별로 왜 틀렸나
②
함정 열효율 0.25를 일 30 J 정도로 어림하거나 숫자를 잘못 옮기기 쉽다.
W = 0.25 × 100 J = 25 J 이므로 30 J 이 아니다.
③
함정 열기관이 흡수한 열의 절반이 일로 바뀐다고 막연히 생각하기 쉽다.
열효율이 0.25이므로 흡수한 열의 25 %만 일로 바뀐다. W = 25 J 이다.
④
함정 효율과 방출 열의 관계를 혼동해 계산 과정에서 숫자를 잘못 대입하기 쉽다.
W = e × Q = 0.25 × 100 J = 25 J 이므로 60 J 이 아니다.
⑤
함정 저열원으로 방출하는 열(100 J − 25 J)을 한 일 W로 착각하기 쉽다.
75 J 은 저열원으로 방출하는 열의 양이고, 한 일 W는 25 J 이다.
이 문항이 묻는 능력
열효율의 정의식에 주어진 값을 대입해 열기관이 한 일을 계산하는 능력
관련 개념
에너지 효율에너지 효율은 공급한 에너지 중에서 유용하게 사용된 에너지의 비율로, (유용하게 사용된 에너지 ÷ 공급한 에너지) × 100(%)으로 나타낸다. 에너지가 전환되는 과정에서 일부가 열에너지 등으로 버려지므로 에너지 효율은 100 %보다 작으며, 효율을 높이면 같은 일을 하는 데 필요한 자원과 환경 오염을 줄일 수 있다.
열기관 열효율 에너지 보존
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