📚 쉽고 명쾌한 풀이 1️⃣ 보일의 법칙은 '온도가 일정할 때' 기체의 압력과 부피 사이의 관계를 설명하는 법칙이에요. 2️⃣ 압력을 2배로 늘리면 부피는 1/2배로 줄고, 압력을 3배로 늘리면 부피는 1/3배로 줄어요. 3️⃣ 이렇게 한쪽이 커지면 다른 쪽이 같은 비율로 작아지는 관계를 '반비례'라고 해요.
❌ 오답 노트 ① 정비례라면 압력이 커질 때 부피도 함께 커져야 하는데, 실제로는 반대로 작아지므로 틀려요. ③, ④ 압력과 부피는 분명한 반비례 관계가 있으므로 무관하거나 비례하지 않는다는 설명은 옳지 않아요. ⑤ 이 법칙은 온도가 '일정'할 때의 압력-부피 관계이지, 부피가 온도에 비례한다는 내용이 아니에요.
💡 핵심 개념 정리 보일의 법칙: 온도가 일정할 때, 일정량의 기체의 부피(V)는 압력(P)에 반비례한다. 즉 P×V = 일정(k).
🌟 실생활 속 과학 잠수부의 공기통 속 압축 공기, 자동차 에어백, 튜브형 풍선 등 우리 주변의 많은 기체 관련 도구들이 보일의 법칙 원리를 이용해요.
2.난이도 보통
다음 중 보일의 법칙이 성립하기 위한 조건으로 옳은 것은?
①기체의 압력이 일정해야 한다
②기체의 온도가 일정해야 한다
③기체의 부피가 일정해야 한다
④기체의 종류가 계속 바뀌어야 한다
⑤기체가 들어있는 용기가 열려 있어야 한다
정답·해설 보기
정답: ②번
🎯 정답: 2번
📚 쉽고 명쾌한 풀이 1️⃣ 보일의 법칙은 "온도가 일정하고, 기체의 양(질량, 입자 수)이 변하지 않을 때" 성립하는 법칙이에요. 2️⃣ 이 조건에서 압력(P)과 부피(V)를 곱한 값 P×V는 항상 일정(k)하게 유지돼요. 3️⃣ 만약 온도가 변한다면 기체 입자의 운동 속도가 달라져서 압력과 부피의 관계가 단순한 반비례로 나타나지 않아요.
❌ 오답 노트 ① 압력이 일정하면 애초에 압력 변화에 따른 부피 변화를 다룰 수 없어요. ③ 부피가 일정하면 마찬가지로 보일의 법칙을 적용할 대상이 없어요. ④ 기체의 종류가 바뀌면 서로 다른 기체를 비교하는 게 되어 법칙이 성립하지 않아요. ⑤ 용기가 열려 있으면 기체가 빠져나가 양이 변하므로 법칙이 성립하지 않아요.
💡 핵심 개념 정리 보일의 법칙: 온도(T)와 기체의 양이 일정할 때, 압력(P)과 부피(V)는 반비례한다 → P₁V₁ = P₂V₂
🌟 실생활 속 과학 밀폐된 주사기나 페트병처럼 기체가 빠져나가지 않고 온도 변화가 없는 상황에서만 보일의 법칙을 정확히 적용할 수 있어요. 뜨거운 여름날 타이어가 팽팽해지는 건 온도가 변했기 때문이라 보일의 법칙만으로는 설명할 수 없답니다.
3.난이도 어려움
온도가 일정한 상태에서 어떤 기체의 압력을 처음 압력의 1/4로 낮추었다. 이때 기체의 부피는 처음 부피의 몇 배가 되는가?
①1/4배
②1/2배
③2배
④4배
⑤8배
정답·해설 보기
정답: ④번
🎯 정답: 4번
📚 쉽고 명쾌한 풀이 1️⃣ 처음 압력을 P, 부피를 V라 하면 P×V = k(일정)예요. 2️⃣ 압력이 1/4로 줄어들면 새로운 압력은 P/4가 돼요. 부피를 V'라 하면 (P/4) × V' = k = P × V가 성립해요. 3️⃣ 이를 정리하면 V' = 4V, 즉 부피는 처음의 4배가 돼요.
❌ 오답 노트 ① 1/4배는 압력과 부피가 같은 방향(정비례)으로 변한다고 착각한 오답이에요. ②, ③ 1/2배, 2배는 압력이 절반이 되었을 때의 배율과 혼동한 값이에요. ⑤ 8배는 압력을 1/8로 착각했을 때 나오는 값이에요.
💡 핵심 개념 정리 압력이 1/n배가 되면 부피는 정확히 n배가 됩니다. 이는 P×V가 항상 일정하기 때문에 나오는 반비례 관계의 자연스러운 결과예요.
🌟 실생활 속 과학 높은 산 정상(기압이 지상의 약 3분의 2 정도)에서 밀봉된 과자 봉지나 물병이 눈에 띄게 부풀어 오르는 것도 바로 이 반비례 원리 때문이에요.
4.난이도 어려움
밀폐 용기에 압력 2기압, 부피 500mL인 기체가 들어 있다. 온도를 일정하게 유지하면서 압력을 0.5기압까지 서서히 낮추면 기체의 부피는 몇 mL가 되는가?
❌ 오답 노트 ① 0.04L은 80mL을 절반으로 잘못 나눈 값이에요. ③ 0.16L은 80mL을 2배로 잘못 계산한 값이에요. ④ 0.4L, ⑤ 0.8L은 mL를 L로 바꿀 때 단위 환산을 잘못한 값이에요(1000이 아니라 100으로 나눔).
💡 핵심 개념 정리 표에 있는 여러 값으로 P×V가 일정함을 확인한 뒤, 그 일정한 값(k)을 이용하면 표에 없는 압력에서의 부피도 예측할 수 있어요. 계산할 때는 단위(mL ↔ L) 환산에 꼭 주의해야 해요.
🌟 실생활 속 과학 화학 실험이나 산업 현장에서는 이렇게 여러 압력에서 측정한 데이터를 바탕으로 원하는 압력에서의 기체 부피를 미리 예측해서 안전하게 설계해요.
6.난이도 어려움
다음은 기체와 관련된 여러 가지 현상을 설명한 것이다. 이 중 보일의 법칙(온도가 일정할 때 압력과 부피가 반비례하는 현상)으로 설명하기 어려운 것은?
①하늘 높이 올라간 기상 관측 기구가 점점 커진다
②주사기의 피스톤을 누르면 기체의 부피가 줄어든다
③여름철 뜨거운 아스팔트 위에 오래 세워둔 자동차 타이어의 압력이 높아진다
④잠수부가 물속 깊이 들어갈수록 폐 속 공기가 압축된다
⑤밀봉된 과자 봉지를 들고 높은 산에 오르면 봉지가 부풀어 오른다
정답·해설 보기
정답: ③번
🎯 정답: 3번
📚 쉽고 명쾌한 풀이 1️⃣ 보일의 법칙은 "온도가 일정할 때" 압력과 부피가 반비례하는 현상을 설명하는 법칙이에요. 2️⃣ ①, ②, ④, ⑤는 모두 온도는 그대로이고 압력이 달라져서 부피가 변하는 상황이므로 보일의 법칙으로 설명할 수 있어요. 3️⃣ 그런데 ③번은 뜨거운 아스팔트 위에서 타이어 내부의 온도가 올라가서 압력이 높아지는 현상이에요. 타이어처럼 부피가 거의 고정된 용기에서 온도가 변해 압력이 달라지는 것이므로, 온도가 일정하다는 보일의 법칙의 조건에 맞지 않아요.
❌ 오답 노트 ① 상공으로 올라갈수록 대기압이 낮아지므로(압력↓) 풍선의 부피가 커지는 것 → 보일의 법칙으로 설명 가능해요. ② 피스톤을 누르면 압력이 높아지므로(압력↑) 부피가 줄어드는 것 → 보일의 법칙으로 설명 가능해요. ④ 수심이 깊어질수록 압력이 커지므로(압력↑) 폐 속 공기가 압축되는 것 → 보일의 법칙으로 설명 가능해요. ⑤ 산 정상으로 갈수록 대기압이 낮아지므로(압력↓) 봉지가 부풀어 오르는 것 → 보일의 법칙으로 설명 가능해요.
💡 핵심 개념 정리 보일의 법칙은 '온도가 일정할 때'만 성립해요. 온도가 변해서 압력이나 부피가 달라지는 현상은 보일의 법칙이 아니라 다른 기체 법칙(온도와 압력의 관계)으로 설명해야 해요.
🌟 실생활 속 과학 여름철 타이어 공기압이 높아지는 것은 온도 상승 때문이므로, 여름에는 타이어 공기압을 살짝 낮게 넣는 것이 안전 운전에 도움이 돼요.