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일반기계기사 - 엔트로피 vs 엔탈피 비교 및 시험 대비 정리

이라운드 2025. 2. 6. 17:41

목차



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    전봇대 사진

     

    일반기계기사 및 공기업 필기시험에서 엔트로피와 엔탈피는 자주 출제되는 개념입니다. 두 개념은 열역학에서 중요한 물리량이며, 특히 에너지 전달과 변환 과정을 이해하는 데 필수적입니다.

    1. 엔트로피(Entropy)와 엔탈피(Enthalpy) 비교 표

    엔트로피(S) 엔탈피(H) 개념

    정의 시스템 내 무질서도를 나타내는 물리량 시스템의 총 에너지(내부에너지 + 압력에너지)
    단위 J/K (줄/켈빈) J (줄)
    공식 dS=dQTdS = \frac{dQ}{T} H=U+PVH = U + PV
    의미 열이 가해질 때 무질서도가 증가하면 엔트로피가 증가 계(system)가 보유한 총 에너지의 변화를 의미
    물리적 해석 자연에서 자발적인 변화는 항상 엔트로피가 증가하는 방향으로 진행됨 계가 갖는 총 에너지를 포함하여 열역학적 과정에서 유용하게 사용됨
    적용 예시 - 증기 터빈에서 증기가 팽창할 때 엔트로피 증가
    - 가스가 확산할 때 엔트로피 증가    		 - 보일러에서 물이 증기로 변화할 때 엔탈피 증가
    - 냉동 사이클에서 냉매의 엔탈피 변화 고려

    2. 시험 대비 핵심 개념 정리

    1) 엔트로피(Entropy, S)

    ✅ 정의

    • 시스템 내 **무질서도(Disorder)**를 나타내는 지표
    • 열이 가해질수록 무질서도가 커져 엔트로피 증가

    ✅ 공식

     

             dS=dQ/ T ​(준정적 과정, 가역 과정에서)

    • 여기서 dS는 엔트로피 변화, dQ는 가해진 열량, T는 절대온도(K)

    ✅ 특징

    • 자연에서는 엔트로피가 항상 증가 (열역학 제2법칙)
    • 이상적인 가역 과정에서는 엔트로피 일정, 실제 과정에서는 엔트로피 증가

    ✅ 시험 문제 예시

     

    ❓ (문제)
    어떤 시스템이 300K의 온도에서 500J의 열을 받았다면, 시스템의 엔트로피 변화는?

     

    🔹 (풀이)

    dS=dQ/ T ​=500J / 300K ​=1.67J/K

     

    🔹 (정답) → 1.67 J/K

    2) 엔탈피(Enthalpy, H)

    ✅ 정의

    • 계(system)가 보유한 총 에너지 (내부에너지 + 압력에너지)
    • 등압 과정에서 유용하게 사용됨

    ✅ 공식

                  H = U + PV

    • U: 내부에너지
    • P: 압력
    • V: 부피

    ✅ 특징

    • 엔탈피가 증가하면 계가 외부로부터 열을 흡수한 것
    • 보일러에서 물이 증기로 변할 때 엔탈피 증가

    ✅ 시험 문제 예시

     

    ❓ (문제)
    어떤 이상기체가 내부에너지 2000J를 갖고 있으며, PV값이 500J일 때, 엔탈피를 구하시오.

     

    🔹 (풀이)

                  H = U + PV = 2000J + 500J = 2500J

     

    🔹 (정답) → 2500J

    3. 엔트로피와 엔탈피의 관계 (시험 출제 포인트)

    ✅ 공통점

    • 둘 다 열역학 상태량이며, 가역 과정과 비가역 과정에서 중요한 역할을 함
    • 에너지 변화를 설명하는 데 사용됨

    ✅ 차이점

    구분엔트로피 (S)엔탈피 (H)

    주요 역할 무질서도의 척도 계(system)의 총 에너지
    중요한 과정 열이 전달되면서 무질서도가 증가하는 과정 열이 전달되면서 계의 총 에너지가 변하는 과정
    사용되는 열역학 법칙 제2법칙 (엔트로피 증가 법칙) 제1법칙 (에너지 보존 법칙)

    4. 실전 문제 풀이 연습 (OX 및 객관식 문제)

    ❓ OX 문제

    1. 엔트로피는 절대적으로 측정할 수 있으며 항상 일정한 값을 가진다. (X)
    2. 이상적인 가역 과정에서는 엔트로피 변화가 0이다. (O)
    3. 엔탈피는 내부에너지와 압력에너지의 합이다. (O)
    4. 보일러에서 물이 증기로 변화할 때 엔탈피가 감소한다. (X)

    ❓ 객관식 문제

    Q1. 다음 중 엔트로피(Entropy)의 개념을 가장 잘 설명하는 것은?
    ① 계가 보유한 총 에너지
    ② 계의 무질서도를 나타내는 상태량
    ③ 열이 전달되는 과정에서 보존되는 물리량
    ④ 계의 압력과 부피의 곱

     

    🔹 정답 → ② 계의 무질서도를 나타내는 상태량

     

    Q2. 등압 과정에서의 엔탈피 변화량(ΔH)을 구하는 공식은?
    ① ΔH = ΔU + W
    ② ΔH = Q − W
    ③ ΔH = ΔU + PΔV
    ④ ΔH = dQ / T

    🔹 정답 → ③ ΔH = ΔU + PΔV

    5. 결론 (시험 대비 요약)

    ✅ 엔트로피 (S)

    • 무질서도의 척도, 자연에서는 항상 증가
    • 공식: dS = dQ / T
    • 출제 포인트: 자발적 과정, 가역/비가역 과정 비교 문제

    ✅ 엔탈피 (H)

    • 계의 총 에너지 (내부에너지 + 압력에너지)
    • 공식: H = U + PV 
    • 출제 포인트: 등압 과정에서의 에너지 변화 계산 문제

    ✅ 시험 문제 풀이 전략

    • 공식 암기 후 적용 연습
    • 기출 문제 풀이로 실전 감각 익히기
    • 발전소 및 플랜트 기계공학과 연계된 개념 이해

    이 내용을 기반으로 공부하면 일반기계기사 및 공기업 필기시험에서 엔트로피와 엔탈피 관련 문제를 확실히 맞출 수 있습니다! 💯🔥 💯파이팅!!🔥 💯🔥

     

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