일반적으로 기체의 체적을 일정하게 하고 온도를 높이면 압력은 어떻게 변화하는가?
- 증가한다.
- 감소한다.
- 변하지 않는다.
- 감소하다가 증가한다.
정답과 해설 보기
정답 ① · 체적이 일정할 때 기체의 온도와 압력의 관계를 묻는 문제이다. 체적이 일정한 정적 과정에서는 샤를의 법칙에 따라 압력이 절대온도에 비례한다.
기체의 체적이 일정할 때 온도를 높이면 압력은 비례하여 증가한다.
개념 한 쪽
에너지관리기능장 밀도, 비중량, 비체적, 비중 — 기본 정의와 단위
밀도와 비중량, 비체적, 비중은 유체와 물질의 기초 성질을 다루는 개념으로 정의와 단위 구분이 중요하다고 본다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「밀도, 비중량, 비체적, 비중」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 기체 상태 변화 판단 | 1 | 부피 일정에서 온도 상승이 압력에 미치는 영향 판단 |
| 단위 유도와 차원 분석 | 1 | 체적탄성계수 정의로 단위를 유도하는 방법을 묻기 |
| 단위 환산 계산 | 1 | 중력단위 kgf를 SI 단위인 N으로 환산하기 |
뜻
밀도는 단위 체적당 질량으로 정의한다. 표현식으로는 ρ = m/V 형태로 나타내며 질량을 체적으로 나눈 값이라는 점을 분명히 해야 한다.
비중량(Specific Weight)은 단위 체적당 중량을 의미한다. 중량을 기준으로 하므로 질량이 아니라 중량을 분자로 취한 값이라는 점에서 밀도와 구별된다.
비체적은 단위 중량당 체적이며 단위는 체적/질량의 형태를 갖는다는 점을 이해해야 한다. 비체적은 물질이 차지하는 부피와 관련된 성질을 나타낸다.
비중은 어떤 기준 물질에 대한 비율로 정의한다는 점을 기억해야 한다. 제시된 재료에서는 4℃ 물을 기준으로 하는 비중 개념을 언급하므로 그 기준과 비교 비율이라는 점을 확인해야 한다.
단위 관련해서는 체적탄성계수처럼 정의식에서 차원이 유도되면 압력 단위가 결과 단위가 되는 경우가 있음을 유의한다. 물리량 정의를 통해 단위를 유도하는 방법을 적용해야 한다.
예제
1) 밀도와 비중량 구분 예시를 든다. 밀도는 질량/부피이므로 ρ = m/V로 정의한다면 비중량은 중량/부피로 정의하므로 분자가 질량인지 중량인지 확인하면 정답을 구할 수 있다고 본다.
2) 단위 환산 예시로 중력 단위인 1 kgf를 뉴턴으로 바꾸는 과정을 설명한다. 1 kgf는 1 kg 질량에 작용하는 중력의 크기이므로 표준 중력가속도 약 9.8 m/s²를 곱하면 9.8 N이 되고, 이를 통해 1 kgf ≒ 9.8 N으로 환산함을 보인다.
대표 기출 3문항
유체에서 체적탄성계수의 단위는?
- N/m²
- m2/N
- N · m
- N/m3
정답과 해설 보기
정답 ① · 유체의 체적탄성계수 단위를 묻는 문제이다. 체적탄성계수는 K = -ΔP/(ΔV/V)로 정의되며, 여기서 부피변화율 ΔV/V는 무차원량이다.
중력단위 1kgf를 SI단위로 환산하면?
- 0.102 N
- 1.02 N
- 9.8 N
- 98 N
정답과 해설 보기
정답 ③ · 중력단위 1kgf를 SI 단위인 뉴턴으로 환산하는 문제이다. 1kgf는 1kg의 질량이 중력가속도 g = 9.8 m/s²를 받을 때의 힘으로 정의된다.
중력단위 1kgf는 중력가속도 9.8m/s²를 곱한 9.8N에 해당한다.
자주 묻는 물음
- 밀도와 비중량은 어떻게 다른가?
- 밀도는 단위 체적당 질량이고 비중량은 단위 체적당 중량이므로 분자가 질량인지 중량인지로 구분하면 된다고 설명한다.
- 비체적은 무엇을 의미하나?
- 비체적은 단위 중량당 체적으로 정의되며 단위는 체적/질량의 형태로 물질이 단위 중량당 차지하는 부피를 나타낸다고 설명한다.
- 체적탄성계수의 단위는 어떻게 유도하나?
- 체적탄성계수는 압력 변화량을 부피 변화율로 나눈 값으로 정의되어 부피변화율은 무차원이므로 단위는 압력 단위인 N/m²가 된다고 설명한다.
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