'열펌프의 원리와 성능' 기출 해설 2025년 3월 고2 학평 국어 독서(과학기술)

2025년 3월 고2 학평 국어 기출 해설 독서(과학기술) '열펌프의 원리와 성능'

열역학 법칙과 에너지 변환 이해하기

안녕하세요! 여러분, 과학 지문을 보면 머리가 아파본 적 있으시죠? 저도 이번 열펌프 지문을 처음 봤을 때 '증발-압축-응축-팽창'의 순환 과정이 도대체 무슨 말인지 이해가 안 되더라고요. COPC, COPH 같은 생소한 용어들은 또 뭐죠?

제가 이 지문을 이해하기까지 상당한 시간이 필요했어요. 하지만 기본 원리만 알면 생각보다 쉽게 접근할 수 있더라고요! 열역학에 대한 기본 개념과 함께 이번 기출 지문을 차근차근 파헤쳐 볼게요.

과학 지문은 어렵게 느껴질 수 있지만, 우리 일상에서 실제로 사용되는 기술에 관한 내용이라 이해하면 정말 유익해요. 함께 열펌프의 원리를 파악하고 문제 풀이 능력을 키워봐요!

반드시 기출 원문 지문을 먼저 읽고 아래 글을 읽어야 합니다. 기출문제는 아래 링크에서 다운로드 가능합니다. 모든 기출문제 자료들은 외솔교육 홈페이지 무료자료실에 있습니다.

외솔교육 홈페이지 무료자료실

📋 목차

• 이 정도는 알아야 해! 🤔
• 초등학생도 이해하는 수능국어 🛠
• 핵심 요약/정리 ⭐
• 노베탈출이 보인다! 🔍

이 정도는 알아야 해! 🤔

기술 지문은 정보량이 많아서 처음부터 이해하려 하면 너무 복잡하게 느껴집니다. 특히 열펌프와 같은 과학/기술 지문을 읽을 때는 순서대로 접근하는 것이 중요해요. 저도 이 지문을 처음 봤을 때 혼란스러웠지만, 아래 방식으로 접근하니 훨씬 쉬워졌어요!

💡 TIP: 기술 지문 읽기의 3단계
1. 장소각인: 어디서 무슨 일이 일어나는지 먼저 파악하기
2. 요소각인: 어떤 것들이 등장하는지 이해하기
3. 과정원리: 어떤 순서와 원리로 작동하는지 분석하기

열펌프 지문 이해를 위한 배경지식

구분	핵심 내용
1. 장소각인 (위치와 장치)	• 증발기: 저온 열원에서 열을 흡수하는 장치 • 압축기: 냉매 기체를 압축하는 장치 • 응축기: 고온 열원으로 열을 방출하는 장치 • 팽창 밸브: 냉매의 온도와 압력을 낮추는 장치 • 역전 밸브: 냉매 흐름 방향을 바꾸는 장치
2. 요소각인 (핵심 요소)	• 냉매: 열펌프의 작동 유체, 상태 변화를 통해 열을 운반 • 열 교환기: 열을 흡수하거나 방출하는 장치 • 전기 에너지: 압축기 작동에 필요한 에너지 • 열에너지: 저온에서 고온으로 이동하는 에너지 • 성적 계수: 열펌프 성능 평가 지수 (COPC, COPH)
3. 과정원리 (작동 과정)	• 냉매의 순환 공정: '증발-압축-응축-팽창'의 사이클 • 열역학 제1법칙: 에너지는 형태가 변해도 전체 양은 보존됨 • 성적 계수 관계: COPH = COPC + 1 • 냉방/난방 전환: 역전 밸브로 냉매 흐름 방향 변경 • 에너지 효율: 투입된 전기 에너지보다 큰 열에너지 얻음

위 표에서 보듯이, 열펌프 지문의 핵심은 장치들의 위치와 역할을 파악한 후, 어떤 요소들이 작용하는지 이해하고, 마지막으로 전체 과정과 원리를 이해하는 것입니다. 특히 열역학 제1법칙(에너지 보존 법칙)은 성적 계수의 관계를 이해하는 데 필수적인 배경지식이에요.

⚠️ 주의: 열펌프와 열기관의 차이점을 혼동하지 마세요! 열기관은 고온→저온으로 열을 이동시키며 일을 얻는 장치이고, 열펌프는 저온→고온으로 열을 이동시키며 냉방과 난방에 활용하는 장치입니다.

초등학생도 이해하는 수능국어 🛠

열펌프라는 단어가 생소하게 느껴지시나요? 사실 우리 일상에서 쓰는 에어컨이나 냉장고가 바로 열펌프 원리를 사용해요! 복잡하게 느껴지는 내용을 초등학생도 이해할 수 있게 풀어볼게요.

1. 열펌프란 무엇인가요?

💎 핵심 정의:
열펌프는 저온에서 고온으로 열을 옮겨주는 장치예요. 마치 물 펌프가 낮은 곳에서 높은 곳으로 물을 퍼 올리듯이, 열펌프는 차가운 곳에서 뜨거운 곳으로 열을 '퍼 올려요'.

✅ 일반 난방기기와의 차이점: 일반 난방기기는 난방만, 냉방기기는 냉방만 가능하지만, 열펌프는 냉방과 난방이 모두 가능한 만능 장치예요!

2. 열펌프는 어떻게 작동하나요?

열펌프 속에는 '냉매'라는 특별한 물질이 담겨 있어요. 이 냉매가 계속 순환하면서 열을 옮겨주는 역할을 해요. 냉매가 한 바퀴 도는 과정을 '한 사이클'이라고 부르는데, 이 과정이 반복되면서 열펌프가 작동해요.

단계	무슨 일이 일어나나요?	냉매의 상태
1. 증발 (증발기에서)	차가운 곳(지열, 공장 폐열 등)에서 열을 빨아들여요	액체 → 기체 (열을 흡수하며 증발)
2. 압축 (압축기에서)	전기 에너지를 사용해 냉매 기체를 꾹꾹 눌러줘요	기체 상태 유지 (온도와 압력 상승)
3. 응축 (응축기에서)	뜨거워진 냉매가 실내로 열을 방출해요 (난방에 사용)	기체 → 액체 (열을 방출하며 응축)
4. 팽창 (팽창 밸브에서)	냉매의 압력과 온도를 낮춰 처음 상태로 돌아가요	액체 상태 유지 (온도와 압력 감소)

💡 TIP: 냉매는 순환 사이클이 끝나면 처음과 동일한 에너지 상태로 돌아가요. 이게 바로 열역학 제1법칙(에너지 보존 법칙)이 적용된 예시예요!

3. 어떻게 냉방도 할 수 있나요?

열펌프에는 '역전 밸브'라는 특별한 장치가 있어요. 이 밸브가 냉매의 흐름 방향을 바꿔주면, 응축기와 증발기의 역할이 바뀌어요!

• 난방 모드: 실내에 있는 응축기가 열을 방출해서 따뜻하게 해줘요
• 냉방 모드: 역전 밸브가 작동하면 실내에 있던 응축기가 증발기로 바뀌어 열을 흡수하니까 시원해져요

4. 열펌프의 성능은 어떻게 측정하나요?

열펌프는 '성적 계수(COP)'라는 것으로 성능을 측정해요. 이건 투입한 전기 에너지 대비 얼마나 많은 열을 옮길 수 있는지를 나타내요.

COPH (고온부 성적 계수)

전기 에너지 1만큼 투입했을 때, 고온 열원으로 전달되는 열의 양

난방에 얼마나 효율적인지 보여줘요

COPC (저온부 성적 계수)

전기 에너지 1만큼 투입했을 때, 저온 열원에서 흡수하는 열의 양

냉방에 얼마나 효율적인지 보여줘요

✅ 중요한 관계식: COPH = COPC + 1

⚠️ 주의: 열기관의 열효율과 열펌프의 성적 계수는 완전히 다른 개념이에요! 열기관은 고온→저온으로 열이 이동하면서 일을 얻는 장치이고, 이때 열효율은 항상 1보다 작아요. 반면 열펌프의 COPH는 1보다 크답니다!

5. 열펌프의 장점은 무엇인가요?

열펌프는 정말 똑똑한 장치예요! 다음과 같은 장점이 있어요:

1. 냉방과 난방 모두 가능하나의 장치로 여름엔 시원하게, 겨울엔 따뜻하게!
2. 에너지 효율이 좋음투입한 전기 에너지보다 더 많은 열에너지를 얻을 수 있어요
3. 버려지는 열(폐열) 활용 가능공장이나 지열 같은 저온 열원을 활용해 에너지 낭비를 줄여요
4. 화석 연료 절약화석 연료 대신 재활용 가능한 열을 이용해 환경 보호에 도움이 돼요

핵심 요약/정리 ⭐

열펌프 지문에서 자주 혼동하는 부분과 각 문제별 접근법을 정리해봤어요. 특히 27번과 29번 문제를 중심으로 살펴볼게요!

27번의 4번 선지, 왜 틀렸을까요?

27번의 4번 선지는 "공장에서 발생하는 폐열은 열펌프에서 저온의 열원으로 사용하기에 적절하지 않다"라고 주장하고 있습니다. 하지만 지문 2문단에 명확히 언급되어 있듯이, "냉매는 지열, 공장의 폐열 등 저온의 열원에서 증발기에 달려 있는 열 교환기를 통해 열을 흡수하며 기체로 증발한다"고 되어 있습니다. 즉, 공장의 폐열은 열펌프의 저온 열원으로 사용하기에 적절합니다. 지문을 꼼꼼히 읽으면 이런 함정에 빠지지 않을 수 있어요!

열기관과 열펌프, 혼동하지 마세요!

많은 학생들이 지문을 읽으면서 열기관과 열펌프의 차이점을 제대로 구분하지 못해 문제를 틀립니다. 핵심 차이는 이거예요:

열기관: 고온의 열원에서 열을 받아 일을 수행하고 나머지 열을 저온 열원으로 방출 (열효율은 1보다 작음)

열펌프: 저온의 열원에서 열을 흡수하고 압축기에 전기 에너지를 투입해 고온의 열원으로 열을 방출 (COPH는 1보다 큼)

지문을 읽을 때 이 두 개념을 뭉뚱그려서 이해하면 안 됩니다. 정확히 구분해서 읽으면 문제가 훨씬 쉬워집니다!

29번 그림 문제, 겁먹지 마세요!

많은 학생들이 그림이 포함된 <보기> 문제를 어렵게 생각하는데, 사실은 정반대예요! 그림은 여러분에게 도움을 주는 보조 자료입니다. 특히 과학/기술 지문은 추상적인 개념이 많아서 머릿속에 장면화하기 어려운데, 그림이 있으면 훨씬 이해하기 쉬워요.

29번 문제의 그림은 열펌프의 구조를 명확하게 보여주고 있어요:
• (a) 증발기: 저온에서 열을 흡수
• (b) 역전 밸브: 냉매 흐름 방향 전환
• (c) 응축기: 고온으로 열을 방출
• (d) 팽창 밸브: 냉매의 압력과 온도 낮춤

이렇게 <보기>의 그림이 나오면 따로 '위치각인, 장소각인'을 할 필요가 없어요! 그림 자체가 장치의 위치와 연결 관계를 보여주니까요. 그림을 두려워하지 말고 적극적으로 활용하세요!

29번 문제의 정답과 오답 해설

① ⓑ를 통해 냉매 흐름의 방향을 바꾸어도 압축기는 냉매의 온도를 높이는 역할을 한다. (정답)

ⓑ(역전 밸브)는 냉매의 흐름 방향을 바꾸어 냉방과 난방을 전환하는 역할을 합니다. 하지만 냉매 흐름 방향과 상관없이 압축기는 항상 냉매를 압축해서 온도를 높이는 역할을 합니다. 이는 지문 3문단에서 설명한 내용과 일치합니다.

② ⓒ의 열 교환기는 실내에서 열을 흡수하여 실내의 온도를 낮춘다. (오답)

ⓒ는 응축기로, 열을 방출하는 역할을 합니다. 지문 2문단에 "냉매는 응축기로 유입되어 응축기에 달려 있는 열 교환기를 통해 고온의 열원인 실내로 열을 방출하고"라고 명시되어 있습니다. 따라서 ⓒ의 열 교환기는 열을 흡수하는 것이 아니라 방출하여 실내 온도를 높입니다.

③ ⓓ는 냉매의 압력과 온도를 높이는 역할을 한다. (오답)

ⓓ는 팽창 밸브로, 냉매의 압력과 온도를 낮추는 역할을 합니다. 지문 2문단에 "응축기에서 나온 냉매는 팽창 밸브를 지나면서 온도와 압력이 낮아져"라고 명확히 설명되어 있습니다. 이는 ③번 선지와 정반대되는 내용입니다.

④ 냉매가 ⓐ로부터 ⓒ에 도달했을 때 냉매의 한 사이클이 수행된다. (오답)

지문 2문단에 따르면, 냉매의 한 사이클은 '증발-압축-응축-팽창'의 전체 과정을 말합니다. 즉, 증발기(ⓐ)에서 시작해서 압축기, 응축기(ⓒ), 팽창 밸브(ⓓ)를 거쳐 다시 증발기(ⓐ)로 돌아와야 한 사이클이 완성됩니다. ⓐ에서 ⓒ까지는 사이클의 일부분일 뿐입니다.

⑤ ⓐ에서 압축기로 들어가는 냉매와 달리 ⓑ와 ⓒ 사이의 냉매는 액체이다. (오답)

지문 2문단에 따르면, "냉매는 증발기에 유입되면 냉매는 열을 흡수하며 기체로 증발"하고, "압축기로 들어가서 압축"되며, "냉매 기체가 압축되면 매우 높은 온도와 큰 압력을 갖는다"라고 설명되어 있습니다. 즉, ⓑ(역전 밸브)와 ⓒ(응축기) 사이의 냉매는 여전히 고온·고압의 기체 상태입니다. 냉매는 ⓒ(응축기)를 통과하면서 액체로 변합니다.

노베탈출이 보인다! 🔍

여러분! 처음에 저도 이 열펌프 지문을 봤을 때 '증발-압축-응축-팽창' 사이클이 머릿속에서 그려지지 않았어요. 성적 계수, 열역학 제1법칙 같은 용어들도 낯설었고요.

하지만 지금까지 함께 공부한 것처럼 장소각인→요소각인→과정원리 순서로 접근하면 어렵게만 느껴졌던 과학 지문도 충분히 이해할 수 있어요! 특히 29번 같은 그림 문제는 오히려 더 쉽게 풀 수 있는 기회라는 사실, 잊지 마세요.

💎 핵심 기억하기:
1. 열기관과 열펌프는 다른 장치입니다! (열 이동 방향과 목적이 반대)
2. 열효율(항상 1보다 작음)과 성적 계수(1보다 큼)는 다른 개념입니다!
3. 지문에서 특정 용어가 반복되면 해당 용어의 정의와 특징에 주목하세요
4. 그림 <보기>는 여러분의 친구입니다. 두려워하지 말고 활용하세요!

과학/기술 지문은 처음엔 복잡해 보여도, 실제로는 정보가 체계적으로 조직되어 있어요. 열펌프처럼 우리 일상에서 실제로 사용되는 기술에 관한 내용이라면 더욱 친숙하게 다가갈 수 있습니다.

여러분도 이제 과학 지문의 구조를 파악하는 방법을 알았으니, 다른 어떤 과학 지문이 나와도 두려워하지 않아도 됩니다! 노베탈출은 바로 이렇게 시작됩니다. 함께 화이팅해요! 😊

태그

내용 태그: 수능국어, 과학지문, 열펌프, 열역학, 기술독해
브랜드 태그: 외솔교육, 외솔클래스룸, 외솔T-Lab, 외솔학원, 김무진국어

외솔교육 학습 자료

🎬 유튜브 '외솔교육' - 핵심작품 강의와 주요 수능 기출 문제 해설을 무료로 만나보세요.

🏫 외솔교육 홈페이지 - 기출문제 무료 다운로드와 수능/내신 학습 자료실을 이용해보세요.

📱 네이버 프리미엄 콘텐츠 - 심화 변형 문제와 학습 발전 컨텐츠, 실전 모의고사 기출 분석을 제공합니다.