심심해서 쓰는 비문학 사고과정2 - 칼로릭

이건 과학 빡대가리인 제가 어떻게 풀었는지에 대해 써봤습니다. 일단 전 시험때 줄이 왜 칼로릭의 실험과 위배되는지 모르고 풀었습니다 그상황에서 사실관계를 파악하며 답을 찾아가는 과정을 서술해보았습니다. 저만의 방법이니 참고만 해주세욥 이전글인 콘크리트 지문에서 썻든 제 방식은 1.핵심은 즉각즉각찾으면서 지문을 이해하도록 하자 2. 부수적인 정보들은 위치를 확인해두고 선지에서 물어보면 돌아오자 입니다.

1문단

18세기에는 열의 실체가 칼로릭(caloric)이며 칼로릭은 온도

가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 흐르는 성질을 갖고 있는, 질량이

없는 입자들의 모임이라는 생각이 받아들여지고 있었다.

(칼로릭의 개념에 대해 설명해주고 있구나 개념은 이해하자 + 유무의 문제는 선지에 나올 수 있으니 질량이 없다는건 체크하자 + 받아들여지고 있었다면 과거니까 바뀐건가? 만약 바뀌었다면 어떤게 왜바꼈는지 확인하자) 

이를 칼로릭 이론이라 부르는데, 이에 따르면 찬 물체와 뜨거운

물체를 접촉시켜 놓았을 때 두 물체의 온도가 같아지는 것은

칼로릭이 뜨거운 물체에서 차가운 물체로 이동하기 때문이라

는 것이다. (그냥 그렇구나) 이러한 상황에서 과학자들의 큰 관심사 중의 하나

는 증기 기관과 같은 열기관의 열효율 문제였다. 

( 1문단 마지막문장은 집중해서 봐야지 어떠 화제인지는 잘 파악이 안되지만 열기관의 열효율 문제인가 적어도 다음에 서술할때 열기관의 열효율문제가 나오면 집중해서보자)

2문단

열기관은 높은 온도의 열원에서 열을 흡수하고 낮은 온도의

대기와 같은 열기관 외부에 열을 방출하며 일을 하는 기관을

말하는데 (1문단에서 소개한 열기관 개념설명하네 집중하자 열원에서 흡수 > 낮은온도에 방출 > 일 이구나), 열효율은 열기관이 흡수한 열의 양 대비 한 일의 양

으로 정의된다.

(열효율에 대해 정의해주네 특히 열효율은 (한 일의 양 / 흡수한 열의 양) 인데 이건 사칙이니까 중요하겠구나 + 이 글에서 열과 일은 명확히 구분하네 읽으면서도 구분해 가야겠다) 

9세기 초에 카르노는 열기관의 열효율 문제를

칼로릭 이론에 기반을 두고 다루었다.

(시기와 명사는 선지에서 물어볼 때 정확히 돌아오기 위해 체크) 

카르노는 물레방아와 같은 수력 기관에서 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르면서

일을 할 때 물의 양과 한 일의 양의 비가 높이 차이에만 좌우

되는 것에 주목하였다. 

(열과 일에대해 설명 안하고 왜 물의 양과 한 일에 대해 설명하지?)

물이 높이 차에 의해 이동하는 것과 흡사하게 칼로릭도 고온에서 저온으로 이동하면서 일을 하게 되

는데, 열기관의 열효율 역시 이러한 두 온도에만 의존한다는

것이었다. 

(아 유추를 사용한거구나 칼로릭 생각은 고온 > 저온에서 이동하면서 일하는구나 + 열기관의 열효율은 1문단 마지막에 화제제시한 것이므로 집중해서 읽어야지! + 보조사 ‘만’이 나왔네 중요한거구나 온도에‘만’의존하는구나)

3문단

한편 1840년대에 줄(Joule)은 일정량의 열을 얻기 위해 필요

한 각종 에너지의 양을 측정하는 실험을 행하였다.

(한편이 나오면 중요한거 하나 더 나열하는거겠군 + 새로운 인물 나왔으니 2문단으로 눈이 돌아가 카르노랑 뭐가 다른지 주목해서 읽어야겠다) 

대표적인 것이 열의 일당량 실험이었다. 이 실험은 열기관을 대상으로

한 것이 아니라, 추를 낙하시켜 물속의 날개바퀴를 회전시키는

실험이었다.

(‘아니라’는 습관적으로 체크하자 + 실험을 소개하려나? 실험이 나오면 순서를 체크하자)

열의 양은 칼로리(calorie)로 표시되는데, 그는 역

학적 에너지인 일이 열로 바뀌는 과정의 정밀한 실험을 통해

1 kcal의 열을 얻기 위해서 필요한 일의 양인 열의 일당량을

측정하였다.

(개념소개하네 열의 일당량 = (열을 얻기 위해 필요한 일의 양) 인데 이건 ‘열의 일당량’이라는 단어에서 추론할 수 있으므로 굳이 기억하려 하지 않아도 되겠다) 

줄은 이렇게 일과 열은 형태만 다를 뿐 서로 전환

이 가능한 물리량이므로 등가성을 갖는다는 것을 입증하였으

며, 열과 일이 상호 전환될 때 열과 일의 에너지를 합한 양은

일정하게 보존된다는 사실을 알아내었다. 

(실험의 결과이니까 기억해야하는데 이게 카르노랑 뭐가 다르다는거야? 개 불친절하네 ㅡ,.ㅡ)

이후 열과 일뿐만 아니라 화학 에너지, 전기 에너지 등이 등가성을 가지며 상호 전

환될 때에 에너지의 총량은 변하지 않는다는 에너지 보존 법

칙이 입증되었다. (에너지보존법칙은 이런거구나~)

4문단

열과 일에 대한 이러한 이해는 카르노의 이론에 대한 과학

자들의 재검토로 이어졌다. 특히 톰슨은 ⓐ 칼로릭 이론에 입

각한 카르노의 열기관에 대한 설명이 줄의 에너지 보존 법칙

에 위배된다고 지적하였다.

(이 문장을 보고 3문단과 2문단으로 눈이 돌아갔지만 과학 빡대가리로써 난 모르겠다 한발 물러선 후 그냥 문제에서 물어보면 다시 돌아와서 꼼꼼히 읽어야지)

카르노의 이론에 의하면, 열기관은 높은 온도에서 흡수한 열 전부를 낮은 온도로 방출하면서 일

을 한다. 이것은 줄이 입증한 열과 일의 등가성과 에너지 보존

법칙에 ㉣ 어긋나는 것이어서 열의 실체가 칼로릭이라는 생각

은 더 이상 유지될 수 없게 되었다.

(아 모르겠다... 왜 유지할 수 없게 되는거지? 지문이 길면 친절하기라도 하던가 나같은 빡대가리는 어떡하라고 하; 그냥 알 수 있는 정보만 체크하자 일단 ‘전부’라는 말에는 주목하자 카르노생각은 높은온도 열 ‘전부’는 낮은 온도로 가면서 일을 하고 이게 뭔지는 몰라도 틀렸나보다 열의 실체는 칼로릭이 아닌가보네 )

하지만 열효율에 관한 카르노의 이론은 클라우지우스의 증명으로 유지될 수 있었다.

(이것만은 기억하자 열의 실체가 칼로릭은 아닌데 열효율은 유지됐나보다 열효율이 뭔지 기억이 안나므로 2문단으로 가서 열효율이 뭔지 다시한번 상기하자) 

그는 카르노의 이론이 유지되지 않는다면 열은 저온에서 고온으

로 흐르는 현상이 ㉤ 생길 수도 있을 것이라는 가정에서 출발

하여, 열기관의 열효율은 열기관이 고온에서 열을 흡수하고 저

온에 방출할 때의 두 작동 온도에만 관계된다는 카르노의 이

론을 증명하였다.

(열기관의 열효율은 1문단에서 얘기한 핵심이다 주목해서 읽자 적어도 2문단 마지막에 있는 카르노의 실험은 사실인가보다)

클라우지우스는 자연계에서는 열이 고온에서 저온으로만 흐

르고 그와 반대되는 현상은 일어나지 않는 것과 같이 경험적

으로 알 수 있는 방향성이 있다는 점에 주목하였다. 또한 일이

열로 전환될 때와는 달리, 열기관에서 열 전부를 일로 전환할

수 없다는, 즉 열효율이 100%가 될 수 없다는 상호 전환 방

향에 관한 비대칭성이 있다는 사실에 주목하였다.

(‘달리’나오면 체크 일에서 열로갈땐 100프로 전환되는데 열에서 일로갈때는 100프로는 아니네)

이러한 방향성과 비대칭성에 대한 논의는 이를 설명할 수 있는 새로운 물

리량인 엔트로피의 개념을 낳았다 

(혹시 선지에 순서가 나오면 주의하자 클라우지우스의 이론이 나온 다음 엔트로피의 개념이 나온거다)

31. 윗글에서 알 수 있는 내용으로 가장 적절한 것은?

① 열기관은 외부로부터 받은 일을 열로 변환하는 기관이다.

일과 열이 도치됐구나 애초에 열기관은 중요한 개념이었으니 염두해 두고 있어야 했고 이 글에서 열과 일을 명확히 구분했으니 절대 선택해선 안되는 선지

② 수력 기관에서 물의 양과 한 일의 양의 비는 물의 온도 차이에

비례한다.

이 관련 내용인 2문단 유추부분에 눈이 한번에 돌아가서 확인하자 보조사 높이차이에‘만’ 이라고 돼있으니 선택하면 안댐!

③ 칼로릭 이론에 의하면 차가운 쇠구슬이 뜨거워지면 쇠구슬의

질량은 증가하게 된다.

질량은 본적이 없는데?

④ 칼로릭 이론에서는 칼로릭을 온도가 낮은 곳에서 높은 곳으로

흐르는 입자라고 본다.

칼로릭 설명인 1문단으로 돌아가자 높은곳>낮은곳이다

⑤ 열기관의 열효율은 두 작동 온도에만 관계된다는 이론은 칼로릭

이론의 오류가 밝혀졌음에도 유지되었다.

글에 대한 완벽한 이해는 못했더라도 ‘열의 실체가 칼로릭이다’는 부정되었고 ‘두 작동 온도에’만‘ 관련된다는 카르노의 이론’ 은 유지되었다. 사실관계는 적어도 파악했어야 했다

32. 윗글로 볼 때 ⓐ의 내용으로 가장 적절한 것은?

아... 이 문제가 나오고말았다..... 지문 이해 못했는데... 일단 선지나 보자 제발 쉽게 나오길 부처님 아멘.... 일단 줄의 에너지 보존 법칙이 잘못됐다는걸 증명하기 위한 톰슨을 고르자

① 화학 에너지와 전기 에너지는 서로 전환될 수 없는 에너지

라는 점 (상호 전환 얘기는 줄의 이론에서 소개됐지만 톰슨이 이에대해 반박한점은 없으니 패스)

② 열의 실체가 칼로릭이라면 열기관이 한 일을 설명할 수 없

다는 점 (4문단의 6번째줄로 눈이 돌아가 ‘이것은 줄이 입증한 ~~ 에 어긋나는 것이어서 열의실체가 칼로릭이라는 생각은 더 이상 유지될 수 없게 되었다’ 라는 부분을 봤을 때 그럴수도 있겠는데? 다른선지를보자)

③ 자연계에서는 열이 고온에서 저온으로만 흐르는 것과 같은

방향성이 있는 현상이 존재한다는 점 (이건 클라우지우스니까 꺼지고)

④ 열효율에 관한 카르노의 이론이 맞지 않는다면 열은 저온에서

고온으로 흐르는 현상이 생길 수 있다는 점 (이건 클라우지우스의 가정이니까 꺼지고)

⑤ 열기관의 열효율은 열기관이 고온에서 열을 흡수하고 저온에

방출할 때의 두 작동 온도에만 관계된다는 점 (이건 카르노의 의견이니까 꺼지세요)

엥? 지문이해는 못했는데 사실관계만 파악해도 답이 나오네 평가원 감사합니다 저같은 과학 빡대가리에게도 풀 수 있는 기회를 주시다니.... (다른분들 해설강의 보니 열을 ‘방출’하면서 일을하는거라 보존법칙에 위배된다고 하시네요 근데 이걸 시험장에서 전 생각못할 듯 ㅎㅎ)

33. 윗글을 바탕으로 할 때, <보기>의 [가]에 들어갈 말로 가장

적절한 것은? [3점]

<보 기>

줄의 실험과 달리, 열기관이 흡수한 열의 양(A)과 열기관

으로부터 얻어진 일의 양(B)을 측정하여 B/A 로 열의 일당량을

구하면, 그 값은 ( [가] )는 결과가 나올 것이다.

① 열기관의 두 작동 온도의 차이가 일정하다면 줄이 구한 열의

일당량과 같다

② 열기관이 열을 흡수할 때의 온도와 상관없이 줄이 구한 열의

일당량과 같다

③ 열기관이 흡수한 열의 양이 많을수록 줄이 구한 열의 일당량

보다 더 커진다

④ 열기관의 두 작동 온도의 차이가 커질수록 줄이 구한 열의

일당량보다 더 커진다

⑤ 열기관이 흡수한 열의 양과 두 작동 온도에 상관없이 줄이

구한 열의 일당량보다 작다

보기문제는 이 보기가 어느부분의 내용을 말하는건지 파악하자 줄의실험과 ‘달리’니가 클라우지우스의 내용인거같으니 마지막 문단으로 눈을 돌리자 그러고보니 아까 ‘달리’를 체크하면서 일>열로 갈땐 100프로인데 열>일로 갈땐 100이 안된다고 했다 B가 A보다 작을테니 B/A는 적어도 1보다 작을거다 근데 줄은 항상 1이라고 할 것이다 그러니까 실제로는 줄의 계산보다 작겠지 이걸 서술한건 5번뿐이다 결국 열 흡수 작동온도차이 등등으로 현혹시키지만 그거에 현혹되지만 않으면 답은 금방 나오는 문제였다!