【물리기상학】 2026 국가공무원 5급(기술) 제1문

2026 국가공무원 5급(기술) 제1문^]

 

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a. 열역학 과정 

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Q. 아래 그림은 건조 공기 덩이가 등압 과정(A → B), 등온 과정(B → C), 등적 과정(C → A)으로 이루어진 순환 과정을 수행하는 것을 기압(p) - 비체적(α) 다이어그램에 묘사한 것이다. A → B 과정에서 부피가 두 배로 팽창하고, B → C 과정에서 300 K의 등온선을 따른다. 다음 물음에 답하시오. (단, 건조 공기의 기체상수 R_d = 287 J kg^-1 K^-1, 정압비열 c_p = 1004 J kg^-1 K^-1, 정적비열 c_v = 717 J kg^-1 K^-1이고, 건조 공기는 이상 기체로 가정하고, 모든 과정은 가역 과정이다)

 

 

Q1. p₂ = 2p₁이 성립함을 보이고, α₁ = 1 m³ kg^-1일 때, C → A 과정에서 기압의 변화량을 구하시오. 

  

A1.

우선 c_p = c_v + R_d임을 먼저 체크한다. 

A → B 과정에서 부피가 2배 팽창하므로 α₂ = 2α₁

B → C 과정에서 등온과정이므로 p₁α₂ = p₂α₁

∴ p₂ / p₁ = α₂ / α₁ = 2

∴ C → A 과정에서 기압의 변화량 = p₂ - p₁ = p₁ = p₂ / 2 = 287 J kg^-1 K^-1 · 300 K / 1 m³ kg^-1 / 2 = 43.05 kPa

 

Q2. A → B 과정에서 내부 에너지의 변화량과 엔트로피의 변화량을 구하시오.

  

A2.

Δu = c_v (T₂ - T₁) = c_v p₁(α₂ - α₁) / R_d = c_v p₁ α₁ / R_d = 107.55 kJ kg^-1

Δs = ∫ dq / T = ∫ c_p dT/T = c_p ln (T_B / T_A) = c_p ln 2 = 695.92 kJ kg^-1 K^-1 

 

Q3. A → B → C → A 순환 과정에서 공기 덩이가 수행하는 일을 구하시오. 

  

A3.

w_tot = w_A→B + w_B→C + w_C→A = p₁(α₂ - α₁) + p₁α₂ ln (α₁/α₂) + 0 = -16.63 kJ kg^-1

오히려 공기 덩이가 압축되어 일을 받아 음수가 된다.

 

입력: 2026.07.20 22:35