“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 온도 — 비열·열용량
온도는 물질의 열적 상태를 나타내는 기본 물리량으로 정의와 단위 변환을 정확히 알아야 문제를 쉽게 해결한다. 물질을 가열하거나 냉각할 때 필요한 열량은 비열과 열용량 개념으로 연결되어 단순한 곱셈 공식을 통해 계산한다. 절대온도와 섭씨, 화씨 사이의 환산 규칙도 자주 출제되므로 숙지해야 한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「온도」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 정의에 의한 용어 판별 | 1 | '어떤 물체' 등 문구로 열용량과 비열을 구분하는 능력을 묻는다 |
| 비열 곱셈 열량 계산 | 1 | 질량·비열·온도차를 곱하여 가열에 필요한 열량을 계산하는 능력을 묻는다 |
| 온도 눈금 동치 판단 | 1 | 섭씨와 화씨가 같은 온도를 찾아내는 간단한 환산 계산을 묻는다 |
뜻
온도는 물질의 열적 상태를 수치로 나타내는 양이며 서로 다른 온도 눈금 간의 관계를 이해해야 한다. 절대온도(K)와 섭씨온도(℃)는 눈금 간격이 같고 기준점만 다르므로 온도차에서는 1K = 1℃가 성립한다. 반대로 온도 값을 변환할 때는 ℃ = K − 273 공식을 적용해야 한다.
화씨와 섭씨 사이의 환산식은 F = (9/5)C + 32 및 C = (F − 32) × 5/9이다. 두 눈금이 같은 경우는 C = F 조건을 대입하면 유일하게 −40℃에서 성립한다. 화씨와 절대온도를 직접 변환할 때는 반드시 섭씨를 경유해야 한다.
열량 계산에서는 비열(c)과 열용량(C 또는 b) 개념을 분명히 구분해야 한다. 비열은 1kg의 물질 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열량(kJ/kg·℃ 또는 kcal/kg·℃)이고, 열용량은 물체 전체를 1℃ 올리는 데 필요한 열량(kJ/℃ 또는 kcal/℃)이다. 두 값은 질량 m에 대해 열용량 = m × 비열 관계를 가진다.
밀폐용기처럼 체적이 고정된 경우 가열하면 정적비열(cv)을 사용하고, 압력이 일정한 경우에는 정압비열(cp)을 사용한다. 기체는 팽창 일 때문에 항상 cp > cv 관계가 성립하므로 이 대소 관계를 이용해 선지를 소거할 수 있다.
온도 관련 문제는 ΔT(나중온도 − 처음온도)를 정확히 계산하고 단위를 일관되게 적용하면 대부분 해결된다.
예제
1) 비열을 이용한 가열 열량 계산 예시를 보인다. 공식 Q = m·c·Δt를 사용한다. 예를 들어 120kg의 물을 20℃에서 80℃까지 올리면 온도차는 60℃이므로 Q = 120 × 4.2 × 60 = 30,240kJ로 계산한다.
2) 절대온도와 섭씨 변환 예시를 보인다. 예를 들어 293K는 ℃ = K − 273 공식을 적용하여 293 − 273 = 20℃가 된다.
3) 섭씨와 화씨가 같은 온도 예시를 보인다. F = (9/5)C + 32에 C = F를 대입하면 C = −40℃가 되어 −40℃ = −40°F가 유일함을 보인다.
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.
섭씨와 화씨의 온도 눈금이 같은 경우는 몇 도 인가?
- 20°C
- 0°C
- -20°C
- -40°C
정답과 해설 보기
정답 ④ · 문제는 섭씨와 화씨 눈금이 값이 같은 온도를 찾는 문제이다. 변환식 F = 9/5 C + 32에서 C = F를 대입하여 풀면 C = (9/5)C + 32이 되어 정리하면 C = −40℃가 나온다.
섭씨=화씨 조건을 F=(9/5)C+32에 대입하면 4C=−160, C=−40, 즉 −40°C=−40°F가 유일하다.
자주 묻는 물음
- 비열과 열용량의 차이는 무엇인가?
- 비열은 1kg의 물질을 1℃ 올리는 데 필요한 열량이고, 열용량은 물체 전체를 1℃ 올리는 데 필요한 열량으로 열용량 = 질량 × 비열 관계가 성립한다고 설명한다.
- 절대온도 1K의 온도차는 섭씨 몇 ℃의 온도차와 같은가?
- 절대온도와 섭씨는 눈금 간격이 같으므로 온도차는 1K = 1℃가 된다고 설명한다.
- 기체의 정압비열(cp)과 정적비열(cv)의 관계는 어떻게 되나?
- 기체는 정압 상태에서 팽창 일을 하므로 항상 cp > cv이며 마이어 관계 cp − cv = R이 성립한다고 설명한다.
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