다음 중 단열 과정(adiabatic process)에서 열역학 제1법칙을 적용할 때 성립하는 식으로 옳은 것은?

단열 과정은 계와 주위 사이에 열 교환이 없는 과정으로, q = 0이다. 열역학 제1법칙 ΔU = q + w에 q = 0을 대입하면 ΔU = w가 된다. 즉, 단열 과정에서 내부에너지 변화는 계에 가해진 일과 같다. 단열 압축 시 온도가 상승하는 것이 그 예이다.

핵심 해설 이 문제는 단열 과정(Adiabatic process)의 정의와 열역학 제1법칙(First Law of Thermodynamics)의 기본 공식을 정확히 적용할 수 있는지 묻는 기본 개념 문제예요.

1. 핵심 개념 분석 (Key Concept)
열역학 제1법칙은 에너지 보존 법칙으로, 계(System)의 내부에너지 변화(ΔU)는 계가 흡수한 열(q)과 계에 가해진 일(w)의 합과 같다는 원리입니다. 즉, ΔU = q + w 가 기본 식이에요. 여기서 부호 규약(Sign convention)은 계가 열을 흡수하면 q > 0, 계가 일을 받으면 w > 0으로 정의합니다. 핵심! 단열 과정은 계와 주위(Environment) 사이에 열 교환이 전혀 일어나지 않는 과정이므로, 정의에 의해 q = 0이 됩니다.

2. 정답 근거 (Answer Rationale)
핵심! ③번 ΔU = w가 정답입니다. 단열 과정에서 q = 0이므로, 열역학 제1법칙 식 ΔU = q + w에 대입하면 ΔU = 0 + w = w가 성립합니다. 즉, 단열 과정에서 계의 내부에너지 변화는 오로지 계에 가해진 일(또는 계가 외부에 한 일)에 의해서만 결정됩니다. 예를 들어, 단열 압축(Adiabatic compression) 시에는 계가 일을 받아(w > 0) 내부에너지가 증가하고(ΔU > 0), 이로 인해 계의 온도가 상승하는 현상이 나타납니다 (예: 자전거 펌프로 바람을 넣을 때 펌프가 뜨거워지는 현상). 반대로 단열 팽창(Adiabatic expansion) 시에는 계가 외부에 일을 하여(w < 0) 내부에너지가 감소하고(ΔU < 0), 온도가 하강합니다.

3. 오답 분석 (Distractor Analysis)
⚠️ 이 내용은 반드시 (qn_ai_explain) 안에 작성! (qn_wrong_c)는 선택지 UI용 한 줄 코멘트 전용이므로 오답 분석을 넣으면 UI가 깨짐. 절대 혼용 금지!
혼동 주의! ①번 ΔU = 0은 등온 과정(Isothermal process)에서 이상기체의 내부에너지 변화가 0이 되는 특수한 경우입니다. 단열 과정과 혼동하지 않도록 주의해야 합니다. ②번 ΔU = q + w (q ≠ 0, w ≠ 0)은 열역학 제1법칙의 일반식이지만, 단열 과정의 조건(q=0)을 충족시키지 못했어요. ④번 ΔU = -w는 q = 0이라는 조건을 대입했지만 부호를 잘못 적용한 경우입니다. ⑤번 ΔU = q는 정적 과정(Isochoric process)에서 부피 변화가 없어 일(w=0)이 0일 때 성립하는 식입니다.

4. 연관 개념 정리 (Related Concepts)
각 열역학 과정별로 열역학 제1법칙이 어떻게 단순화되는지 표로 정리하면 다음과 같습니다. 혼동 주의! 과정의 조건(q와 w의 특성)을 먼저 파악하는 것이 가장 중요합니다.

열역학 과정	조건	단순화된 열역학 제1법칙
단열 과정 (Adiabatic)	q = 0 (열 교환 없음)	ΔU = w
등온 과정 (Isothermal, 이상기체)	ΔT = 0 (일정 온도)	ΔU = 0, q = -w
정적 과정 (Isochoric)	ΔV = 0 (일정 부피, w=0)	ΔU = q_v (정적 열용량과 관련)
정압 과정 (Isobaric)	ΔP = 0 (일정 압력)	ΔU = q_p + w (엔탈피 변화 ΔH = q_p)

개념 정리: 단열 과정(Adiabatic process)은 계와 주위 사이에 열 출입이 전혀 없는(q=0) 과정으로, 열역학 제1법칙(ΔU=q+w)에 의해 내부에너지 변화는 계에 가해진 일(또는 계가 한 일)과 같다(ΔU = w). 부호 규약에 따라 계가 일을 받으면 w>0, ΔU>0 (온도 상승)이고, 계가 일을 하면 w

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