“어떤 물체의 온도를 1℃ 높이는 데 필요한 열량”으로 정의되는 것은?
- 열관류량
- 열전도율
- 열전달률
- 열용량
정답과 해설 보기
정답 ④ · 문항은 어떤 물체의 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열량의 정의를 묻고 있다. 그 정의에 해당하는 물리량은 열용량으로, 물체 전체에 대한 값이 열용량이며 단위 질량당 값은 비열이다.
물체의 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열량은 열용량이며, 단위 질량 기준은 비열이다.
개념 한 쪽
에너지관리산업기사 비체적, 비중량, 밀도 — 비열·열용량·단위 구분
물질을 가열하거나 온도를 바꿀 때 필요한 열량은 질량, 비열, 온도차의 곱으로 결정된다. 열용량과 비열은 서로 관련된 개념이며, 기체의 질량은 이상기체 상태식으로 구해 열량 계산에 쓰인다. 열과 단위에 관한 기본 공식과 단위 구분을 정확히 이해해야 문제를 빠르게 풀 수 있다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「비체적, 비중량, 밀도」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 정의판별(열용량 vs 비열) | 1 | '온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열량'의 개념을 가려낸다 |
| 기본가열 계산 | 1 | 주어진 질량·비열·온도로 Q = m·c·ΔT를 계산한다 |
| 단위·관계식 점검 | 1 | 압력 단위 환산식이 올바른지 가려낸다 |
뜻
열용량은 어떤 물체 전체의 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열량을 뜻한다. 물체 전체에 해당하므로 질량이 포함된 개념이며, 비열과의 관계식은 열용량 = 질량 × 비열로 표현된다. 반대로 비열은 1kg의 물질 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열량을 가리킨다.
물체를 가열할 때 흔히 쓰는 기본 공식은 Q = m·c·ΔT이다. 여기서 Q는 열량, m은 질량, c는 비열(또는 정압비열 cp, 정적비열 cv 상황에 따라), ΔT는 나중온도 − 처음온도로 계산하는 온도차이다. ΔT는 섭씨와 켈빈 단위에서 수치가 같으므로 온도단위 변환에 주의할 필요가 없다.
기체를 포함한 문제에서는 질량을 직접 주지 않는 경우가 많다. 이때 이상기체 상태식 PV = mRT를 이용해 질량 m을 구할 수 있다. 정적(용기 체적 고정) 가열이면 cv를 사용하고, 정압(압력 일정) 가열이면 cp를 사용하는 점을 구분해야 한다.
열량과 관련한 단위도 명확히 구분한다. kcal, kJ, BTU는 열량의 단위이고, PS나 kW 같은 단위는 단위 시간당 일을 나타내는 동력·출력 단위여서 열량 단위와 구별한다. 압력 단위 변환에서 1 bar = 10^5 Pa(=100,000 Pa)라는 값을 확실히 아는 것이 유용하다.
예제
(추가 설명) 문제 풀이 순서 요약은 다음과 같다。 - 문제에서 질량이 주어지면 Q = m·c·ΔT 공식을 기본으로 쓰고 ΔT를 먼저 계산한다。 - 기체의 질량이 주어지지 않으면 PV = mRT로 질량을 구한 뒤 Q 식에 대입한다。 - 용기 고정(정적)은 cv, 압력 일정은 cp를 사용한다。 - 단위가 kcal와 kJ 혼합 시 단위를 맞춘 뒤 계산한다。
대표 기출 3문항
비열 1.3kJ/kgㆍ℃, 온도 30℃인 어떤 물질 10kg을 온도 520℃까지 가열하는데 필요한 열량(kJ)은? (단, 가열 과정에서 물질의 상(相) 변화는 없다.)
- 5147
- 6370
- 4490
- 4900
정답과 해설 보기
정답 ② · 열량 계산 공식 Q = m*c*Δt를 사용합니다. 질량 m은 10kg, 비열 c는 1.3kJ/kg℃, 온도 변화량 Δt는 520℃ - 30℃ = 490℃입니다.
가열 열량은 Q=m·c·Δt=10×1.3×(520−30)=6370kJ로 계산한다.
압력을 나타내는 관계식으로 잘못된 것은?
- 1Pa=1N/m²
- 1bar=103Pa
- 1atm=1.01325bar
- 절대압력=대기압력+게이지압력
정답과 해설 보기
정답 ② · 압력의 단위 변환을 살펴보면 1 Pa(파스칼)은 정의상 1 N/m² 이고, 1 bar(바)는 10의 5승인 100,000 Pa(10⁵ Pa)입니다. 따라서 1 bar가 10³ Pa(1,000 Pa)이라고 서술한 2번 보기는 명백하게 잘못된 관계식입니다.
1bar는 10⁵Pa(=100,000Pa)이므로 10³Pa로 표기한 관계식이 잘못된 압력 단위식이다.
자주 묻는 물음
- 열용량과 비열은 어떻게 구분하나?
- 열용량은 어떤 물체 전체의 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열량이고, 비열은 1kg의 물질을 1℃ 올리는 데 필요한 열량이다. 관계식은 열용량 = 질량 × 비열이다。
- 가열열량 Q = m·c·ΔT에서 ΔT는 어떻게 구하나?
- ΔT는 반드시 나중온도 − 처음온도로 계산한다。 섭씨(℃)와 켈빈(K)에서 온도차의 수치는 같으므로 단위 변환에 따른 값 변경은 신경 쓰지 않는다。
- 기체를 가열할 때 질량이 주어지지 않으면 어떻게 하나?
- 이상기체 상태식 PV = mRT를 이용해 질량 m을 구한다。 이후에 정적가열이면 cv를, 정압가열이면 cp를 써서 Q = m·cv·ΔT 또는 Q = m·cp·ΔT로 계산한다。
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