이상기체 단원자·다원자 2종류 교육당국 “명시 안하면 단원자”

해석상의 논란이 일고 있는 이상기체는 물리학에서 단원자 이상기체와 다원자 이상기체로 구분한다. 완전기체로도 불리는 이상기체는 분자간의 상호작용이 전혀 없으며 온도가 일정할 때 기체의 압력은 부피에 반비례하고, 압력이 일정할 때 기체의 부피는 온도의 증가에 비례한다는 조건을 만족하는 기체를 말한다.

특히 절대온도 0K(섭씨 영하 273도)에서 움직임이 전혀 없는 이상적인 기체로, 상태 변화에 따른 각종 물리현상을 완벽하게 설명할 수 있기 때문에 열역학에서 널리 사용되는 개념이다.

수능뿐 아니라 모의고사와 학교 내 시험에서도 이번 문제와 비슷한 그래프를 쉽게 찾아볼 수 있을 정도로 교과과정에서 중요하게 취급되고 있다.

문제에 제시된 보기 중 (ㄱ)에서 A→B는 정적과정(부피가 일정한 과정)이므로 (3/2)RT여야 하는데 RT로 표기했기 때문에 틀리다.(ㄷ)은 기체가 외부로 열을 방출하며 일정한 온도를 유지하기 때문에 맞는 표현이다.

그러나 보기 (ㄴ)의 경우 교육평가원측이 밝힌 대로 문제의 이상기체를 헬륨, 네온, 아르곤 등 고교교육과정에 포함된, 병진운동만 하는 단원자 이상기체로 한정한다면 그래프의 B→C에서 기체가 외부에 한 일은 (3/2)RT가 맞다.

병진 및 회전운동을 하는 이원자 이상기체(산소, 수소, 질소 등)의 경우에는 (5/2)RT의 일을 하며, 삼원자 이상기체(이산화탄소 등)는 병진·회전 이외에 진동운동까지 하기 때문에 (6/2)RT의 일을 외부에서 한다. 단원자 이상기체가 아니라면 보기 (ㄴ)의 서술은 틀리게 된다.



박건형기자 kitsch@seoul.co.kr