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dj158 [372453] · MS 2011 · 쪽지

2015-04-25 15:54:01
조회수 2,056
0

엔트로피 관련 외부 시험 문제입니다~

게시글 주소: https://orbi.kr/0005918203

(36.0K) [1993]

엔트로피 관련 지문.hwp

풀어보시고 답을 댓글로 달아보세요~

19세기 후반에 발견된 자기(磁氣) 열량 효과는 20세기 전반에

이르러 자기 냉각 기술에 활용될 수 있음이 확인되었고 이로부터

자기 냉각 기술은 오늘날 극저온을 만드는 고급 기술로 발전하였

다. ㉠일반 냉장고는 가스 냉매가 압축될 때 열을 방출하고 팽창

될 때 열을 흡수하는 열역학적 순환 과정을 이용하여 냉장고 내

부의 열을 외부로 방출시킨다. 그러나 가스 냉매는 일정한 온도

이하로 내려가면 응고되어 냉매로서 기능을 할 수 없게 되거나

누출되었을 때 환경오염을 유발하는 문제점이 있다. 최근 자기

냉각 기술은 일반 냉장고를 대신할 수 있는 냉장고의 개발에 이

용될 수 있음이 확인되었다. 자기 냉각 기술에 사용되는 자기 물

질의 자기적 특성에 따라 냉장고가 작동되는 온도 범위가 달라지기

때문에 자기 냉각 기술에 사용하기 적합한 자기 물질의 개발이

매우 중요한데, 최근 실온에서 작동 가능한 실온 자기 냉장고를

만들 수 있는 새로운 자기 물질의 개발이 활발하게 이루어지고

있다.

자기 물질은 자화(磁化)되는 물질을 의미한다. 물질의 자화는

외부에서 가하는 자기장의 세기 및 자기 물질에 들어 있는 단위

부피당 자기 쌍극자의 수에 비례한다. 여기서 자기 쌍극자는 자기

물질 속에 존재하는 초소형 자석을 의미한다. 자기 물질은 강자

성체와 상자성체로 구분된다. 강자성체는 외부의 자기장이 제거

되었을 때에도 자기적 성질을 유지하는 물질이며, 상자성체는

외부의 자기장이 제거되면 자기적 성질을 잃어버리는 물질이다.

강자성체는 온도를 올리면 일정 온도에서 상자성체로 상전이를

하는데, 이때 자기 물질의 엔트로피는 증가한다.

자기 열량 효과는 자기 물질에 외부에서 자기장을 가했을 때

그 물질이 열을 발산하는 현상에서 비롯된다. ㉡자기 냉장고는

이 효과를 이용한 열역학적 순환 과정을 통해 냉장고 내부의 열

을 외부로 방출한다. 이 순환 과정은 열 출입이 없는 두 과정과

자기장이 일정한 두 과정으로 구성된다. 여기서 열 출입이 없는

열역학적 과정에서는 엔트로피 변화가 없다. 자기 냉장고에서 열

역학적 순환 과정은 다음의 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 네 과정을 거치면서

진행된다. 과정Ⅰ에서는, 자기 쌍극자들이 무질서하게 배열되어

있던, 온도가 T인 작용물질에 외부와의 열 출입이 차단된 상태에

서 자기장을 가하면 작용물질의 쌍극자들이 자기장의 방향으로

정렬하면서 열이 발생하고 작용물질의 온도가 상승한다. 이때 자

기장이 강할수록 작용물질에서 더 많은 열이 발생한다. 과정Ⅱ에

서는, 외부 자기장을 그대로 유지한 상태로 작용물질과 외부와의

열 출입을 허용하면 이 작용물질은 열을 방출하고 차가워진다.

과정Ⅲ에서는, 다시 작용물질과 외부와의 열 출입을 차단한 상태

에서 외부의 자기장을 제거하면 쌍극자의 배열이 무질서해지면서

작용물질의 온도가 하강한다. 과정Ⅳ에서는, 작용물질과 외부와의

열 출입을 허용하면 이 작용물질은 열을 흡수하고 온도가 상승

하여 초기 온도 T로 복귀하면서 1회의 순환이 마무리된다. 이러한

순환 과정에서 작용물질이 열을 흡수할 때는 작용물질을 냉장고

내부와 접촉시키고 열을 방출할 때에는 냉장고 외부와 접촉시킨

다. 이를 반복하면 작용물질은 냉장고의 내부에서 외부로 열을

퍼내는 열펌프의 역할을 하게 된다.

효율이 좋은 자기 냉장고를 만들기 위해서는 특정 온도에서 외

부에서 가하는 자기장의 변화에 따른 엔트로피 변화량이 큰 자기

물질을 작용물질로 사용해야 한다. 자기 냉장고에서 1회의 순환

과정에서 빠져 나가는 열량은 외부 자기장을 가하기 전과 후의

엔트로피 변화와 밀접한 관련이 있다. 엔트로피는 물질의 자기

상태가 변하는 임계온도에서 가장 큰 폭으로 변한다. 그러므로

작용물질이 상전이하는 임계온도가 냉장고의 작동 온도 근처에

있을 때 그것의 자기 냉각 효과가 크다. 최근에는 임계온도가

실온에 가까운 물질들이 많이 발견되고 있으며, 이것을 이용한

실온 자기 냉장고의 개발이 활발히 진행되고 있다.

7. ㉠과 ㉡을 비교한 것으로 적절하지 않은 것은?

① ㉠에서 작용물질의 부피 변화는 ㉡에서 작용물질의 온도 변화와

같은 작용을 한다.

② ㉠에서 압력의 변화는 ㉡에서 자기장의 변화에 대응한다.

③ ㉠에서 냉매가 하는 역할을 ㉡에서는 자기 물질이 한다.

④ ㉠과 ㉡은 모두 열역학적 순환 과정을 이용한다.

⑤ ㉠과 ㉡에는 모두 열펌프의 기능이 있다.

8. ‘과정Ⅰ～Ⅳ’에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 과정Ⅰ에서 작용물질의 자화는 증가한다.

② 과정Ⅱ에서는 작용물질의 온도가 내려간다.

③ 과정Ⅲ에서는 작용물질의 엔트로피가 증가한다.

④ 과정Ⅳ에서는 작용물질을 냉장고 내부와 접촉시킨다.

⑤ 과정Ⅰ～Ⅳ의 1회 순환에서 자기장의 변화 폭이 클수록 방출되는

열량은 크다.

9. 위 글의 내용으로 보아 의 A～E 중 실온 자기 냉장고에

사용될 작용물질로 가장 적합한 것은?

① A ② B ③ C ④ D ⑤ E

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dj158 [372453]

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물량공급 · 311238 · 15/04/25 16:35 · MS 2009

1 <= 작용물질의 부피변화는, ㄴ 냉장고의 자화의 변화와 관련있는것 같네요

3 <= 열출입이 없으면 엔트로피 변화가 없습니다
3 <= 일단 실온의 개념을 생각해보면 E는 제외할수있고 엔트로피감소량을 자기장으로 나눠준값이 가장큰것은 C입니다.

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