풍선 가열 1.5×10^5 kJ 열 공급 부피 4,000 m3 5,000 m3 증가 내부 에너지

풍선 가열 1.5×10^5 kJ 열 공급 부피 4,000 m3 5,000 m3 증가 내부 에너지

풍선 안에 있는 공기를 가열하여

풍선을 최대한으로 부풀게 하였다.

이 과정에서 1.5×10^5 kJ의 에너지가 열로 공급되면서

풍선의 부피가 4,000 m3에서 5,000 m3로 증가하였다.

외부 압력이 1 atm으로 일정하다고 가정할 때,

이 과정에서 내부 에너지 변화량[kJ]은?

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ΔU = q + w

( 참고 https://ywpop.tistory.com/7219 )

1.5×10^5 kJ의 에너지가 열로 공급

---> 외부에서 계(풍선)에 가해진 열이므로,

q = +1.5×10^5 kJ

ΔV = 나중부피 – 처음부피

= 1000 m3

= 10^6 L

[참고] 부피가 4,000 m3에서 5,000 m3로 증가

풍선의 부피가 증가했다는 것은

계(풍선)가 외부에 대해 있을 했다는 것을 의미하므로,

( 즉, 계가 일을 했다. 이므로, )

w 값을 계산하면 음수(–)가 나올 것이다.

w = –PΔV

= –(1 atm) (10^6 L)

= –10^6 atm•L

기체상수, R 값으로부터,

0.08206 atm•L = 8.314 J 이므로,

( 참고 https://ywpop.tistory.com/1988 )

(–10^6 atm•L) (8.314 J / 0.08206 atm•L)

= (–10^6) (8.314 / 0.08206)

= –1.013×10^8 J

= –1.013×10^5 kJ

ΔU = q + w

= (+1.5×10^5) + (–1.013×10^5)

= 48700 kJ

답: 약 4.9×10^4 kJ 또는 5.0×10^4 kJ

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/471242 ]

질소와 수소로 암모니아를 만드는 반응의 ΔH = –90 kJ이다.

이 반응이 15 atm의 일정 압력하에서 일어나고

부피가 4 L 감소하였을 때, 내부 에너지의 변화량[kJ]은?

[키워드] 열역학 제1법칙 기준, ΔU = q + w 기준, ΔE = q + w 기준