2015 개정 교육과정

단원별· 주제별 평가원 모의고사 / 수능 기출 문제

물리학Ⅰ

Ⅰ. 역학과 에너지

06. 열역학 제2법칙

□ 2012년 시행된 2014 예비 대학수학능력시험 모의고사를 포함하여 2013년부터 출제된 평가원 모의고사와 대학수학능력시험 기출 문제를 단원별 • 주제별로 정리하여 기출 문제의 흐름을 효과적으로 파악할 수 있도록 하였으며, 자세한 정답과 해설을 함께 구성하였습니다.

□ 단, 2015 개정 교육과정 적용 전의 기출 문제는 2015 개정 교육과정에 포함되지 않은 개념의 보기가 있을 수 있습니다.

□ 기출 문제 원본 그대로의 용어로 되어 있습니다. 따라서 2015 개정 교육과정의 용어와 다를 수 있습니다.

□ 평가원 모의고사의 경우 시행년도와 월을 표기하였고, 대학수학능력시험의 경우 대비학년도로 표기하였습니다.

□ ▪2013년 6월에 실시한 평가원 모의고사의 경우 [2014. 6. 평가원 1번 문제]

▪2013년 11월에 실시한 대학수학능력시험의 경우 [2014. 수능 1번 문제]

06. 열역학 제2법칙

Ⅰ-06. 열역학 제2법칙

■ 열역학 과정과 제2법칙

[2014. 6. 평가원 16번 문제]- 물리Ⅱ

그림은 일정량의 이상 기체의 상태가 [eqn: RMA][eqn: ->][eqn: RMB][eqn: ->][eqn: RMC][eqn: ->][eqn: RMD][eqn: ->][eqn: RMA]를 따라 변할 때 부피와 절대 온도의 관계를 나타낸 것이다. [eqn: RMA][eqn: ->][eqn: RMB], [eqn: RMC][eqn: ->][eqn: RMD]는 등적 과정,  [eqn: RMB][eqn: ->][eqn: RMC], [eqn: RMD][eqn: ->][eqn: RMA]는 등온 과정이다.

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

	<보 기>
ㄱ. 기체의 압력은 [eqn: RMA]에서가 [eqn: RMC]에서보다 크다. ㄴ. [eqn: RMA][eqn: ->][eqn: RMB] 과정에서 기체가 흡수한 열량은 [eqn: RMC][eqn: ->][eqn: RMD] 과정에서 기체가 방출한 열량과 같다. ㄷ. [eqn: RMD][eqn: ->][eqn: RMA] 과정에서 기체의 엔트로피는 감소한다.

① ㄱ	② ㄴ    ③ ㄷ     ④ ㄱ, ㄴ   ⑤ ㄴ, ㄷ

[2014. 9. 평가원 7번 문제]- 물리Ⅱ

그림은 1몰의 이상 기체의 상태가 A→B→C→A를 따라 변할 때 절대 온도와 압력을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?(단, 기체 상수는 [eqn: R]이다.)[3점]

	<보 기>
ㄱ. A→B 과정에서 기체가 흡수한 열량은 C→A 과정에서 기체가 방출한 열량의 2배이다. ㄴ. B→C 과정에서 기체가 받은 일은 [eqn: 3 over 2 R T]보다 작다. ㄷ. B→C 과정에서 기체의 엔트로피는 증가한다.

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄷ     ④ ㄱ, ㄴ   ⑤ ㄴ, ㄷ

[2015. 6. 평가원 7번 문제]- 물리Ⅱ

그림은 일정량의 이상 기체의 상태가 A → B → C를 따라 변할 때 압력과 절대 온도를 나타낸 것이다.

이 기체에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. 부피는 C에서가 A에서의 3배이다. ㄴ. 내부 에너지는 B에서가 A에서의 3배이다. ㄷ. B → C 과정에서 엔트로피는 증가한다.

① ㄱ	② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2016. 6. 평가원 8번 문제]- 물리Ⅱ

그림은 1몰의 단원자 분자 이상 기체의 상태가 A → B → C → D → A를 따라 변할 때, 압력과 절대  온도를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, [eqn: R]는 기체 상수이다.) [3점]

	<보 기>
ㄱ. A → B 과정에서, 기체의 부피는 감소한다. ㄴ. B → C 과정에서, 기체가 흡수한 열량은 [eqn: {5} over {2}RT _{ 0}]이다. ㄷ. C → D 과정에서, 기체의 엔트로피는 증가한다.

① ㄴ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ  ④ ㄱ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2017. 6. 평가원 8번 문제]- 물리Ⅱ

그림은 일정량의 단원자 분자 이상 기체의 상태가 A → B → C 또는 A → B → D를 따라 변할 때 기체의 압력과 부피를 나타낸 것이다. B → C, B → D 과정 중 하나는 단열 과정이고 다른 하나는 등온 과정이다.

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

	<보 기>
ㄱ. A → B 과정에서 기체가 흡수한 열량은 [eqn: {5} over {2} PV]이다. ㄴ. B → C 과정에서 기체의 엔트로피는 증가한다. ㄷ. D에서 기체의 압력은 [eqn: {2} over {3} P]보다 크다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ  ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

■ 열효율

[2016. 6. 평가원 16번 문제] - 물리Ⅰ

그림은 온도가 [eqn: T_1]인 열원에서 10 kJ의 열을 흡수하여 [eqn: W]의 일을 하고 온도가 [eqn: T _{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. [eqn: T_1]>[eqn: T_2]이다. ㄴ. [eqn: W] = 4 kJ이다. ㄷ. 열기관의 열효율은 0.6이다.

① ㄴ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄱ, ㄷ  ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2019. 9. 평가원 3번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 온도가 [eqn: T _{1}]인 열원에서 [eqn: 3Q]의 열을 흡수하여 [eqn: Q]의 일을 하고, 온도가 [eqn: T _{2}]인 열원으로 열을 방출하는 열기관을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. [eqn: T _{1} >T _{2}]이다. ㄴ. 열효율은 [eqn: {1} over {3}]이다. ㄷ. [eqn: T _{2}]인 열원으로 방출하는 열은 [eqn: 2Q]이다.

① ㄴ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄱ, ㄷ  ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

■ 열기관과 열역학 과정 그래프

[2017. 수능 16번 문제]- 물리Ⅰ

그림 (가)는 열효율이 0.2 인 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 단열 과정이다.

(가)                           (나)

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

	<보 기>
ㄱ. [eqn: Q _{2} =4W]이다. 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

[2014. 예비수능 6번 문제]- 물리Ⅱ

그림 (가)는 냉각펜을 작동시키는 스털링 기관의 모습을, (나)는 스털링 기관에서 일정량의 이상 기체 상태가 [eqn: RMA] ⟶ [eqn: RMB] ⟶ [eqn: RMC] ⟶ [eqn: RMD] ⟶ [eqn: RMA] 를 따라 변할 때 압력 [eqn: P] 와 부피 [eqn: V] 사이의 관계를 나타낸 것이다. [eqn: RMA] ⟶ [eqn: RMB] 와 [eqn: RMC] ⟶ [eqn: RMD] 과정은 각각 온도가 [eqn: T _{RMH}] 와 [eqn: T _{RML}] 인 등온 과정이며, [eqn: RMB] ⟶ [eqn: RMC] 와 [eqn: RMD] ⟶ [eqn: RMA] 과정은 정적 과정이다. [eqn: RMA] ⟶ [eqn: RMB] 과정에서 기체가 흡수한 열량은 [eqn: Q _{RMH}] 이다.

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

	<보 기>
[eqn: T _{RMH} = {3} over {2} T _{RML}] 이다. [eqn: RMA] ⟶ [eqn: RMB] 과정에서 기체가 한 일은 [eqn: Q _{RMH}] 와 같다. [eqn: RMB] ⟶ [eqn: RMC] 과정에서 기체의 내부 에너지 감소량은 [eqn: RMD] ⟶ [eqn: RMA]과정에서 기체가 흡수한 열량과 같다.

① ㄴ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ    ④ ㄱ, ㄷ  ⑤ ㄴ, ㄷ

■ 열역학 과정과 열효율

[2021. 6. 평가원 14번 문제]- 물리학Ⅰ

그림은 어떤 열기관에서 일정량의 이상 기체가 상태 A → B → C → D → A를 따라 순환하는 동안 기체의 압력과 부피를, 표는 각 과정에서 기체가 흡수 또는 방출하는 열량을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. B → C 과정에서 기체가 한 일은 0이다. ㄴ. 기체가 한 번 순환하는 동안 한 일은 30 J이다. ㄷ. 열기관의 열효율은 0.2이다.

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

[2021. 9. 평가원 15번 문제]- 물리학Ⅰ

그림은 열기관에서 일정량의 이상 기체의 상태가 A → B → C → D → A를 따라 변할 때 기체의 압력과 부피를, 표는 각 과정에서 기체가 외부에 한 일 또는 외부로부터 받은 일을 나타낸 것이다. 기체는 A → B 과정에서 250 J의 열량을 흡수하고, B → C 과정과 D → A 과정은 열 출입이 없는 단열 과정이다.

과정	외부에 한 일 또는 외부로부터 받은 일(J)
A→B	0
B→C	100
C→D	0
D→A	50

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

	<보 기>
ㄱ. B → C 과정에서 기체의 온도가 감소한다. ㄴ. C → D 과정에서 기체가 방출한 열량은 150 J이다. ㄷ. 열기관의 열효율은 0.4이다.

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

[2021. 수능 12번 문제]- 물리학Ⅰ

그림은 열효율이 0.3인 열기관에서 일정량의 이상 기체가 상태 A → B → C → D → A를 따라 순환하는 동안 기체의 압력과 부피를, 표는 각 과정에서 기체가 흡수 또는 방출하는 열량을 나타낸 것이다.

과정	흡수 또는 방출하는 열량(J)
A→B	㉠
B→C	0
C→D	140
D→A	0

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. ㉠은 200이다. ㄴ. A → B 과정에서 기체의 내부 에너지는 감소한다. ㄷ. C → D 과정에서 기체는 외부로부터 열을 흡수한다.

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