열기관의 일은 어디에 보일까 — 스털링 사이클 수업과 AI 제작 프롬프트 3개

10월 16, 2026

AI오토마타 자체 제작 개념도 · 실제 제품 실행 화면이 아닙니다.

피스톤이 움직이는 그림만으로는 어느 과정에서 일을 얻고 열을 주는지 놓치기 쉽습니다. 압력–부피 선도에서 한 바퀴를 그리고 면적이 순일과 연결되는 수업 자료를 AI에게 만들어 보겠습니다.

원자료에서 확인한 것

Physics Lens의 Seng Kwang Tan은 2018년 10월 21일 「Idealized Stirling Cycle」에서 두 등온 과정과 두 정적 과정을 표현한 GeoGebra 자료를 공개했습니다. 기존 교육 사례이며 최근 AI 신기술이나 AI 제작 결과라고 주장하지 않습니다. 아래는 수업 주제를 참고해 독립 작성한 한국어 프롬프트입니다. 원저자의 스털링 제작 프롬프트는 확인하지 못했습니다.

기존 글과 다른 실습

기존 열평형 글은 두 물체의 최종 온도를 다뤘습니다. 이번에는 반복되는 과정, 순일, 재생기 가정에 따른 열효율을 비교합니다. 관련 기존 글

준비물·도구·비용

HTML·JavaScript를 작성할 수 있는 AI, 텍스트 편집기, 브라우저, 계산기를 준비합니다. 외부 자원 없는 단일 HTML로 만들면 실행에 별도 서버가 필요 없도록 설계할 수 있습니다. AI 비용·한도는 계정별입니다. 원저자의 GeoGebra 자료 관찰도 대안입니다. 직접 생성한 파일은 날짜·버전을 기록하세요.

예제 입력과 기대 출력

이상기체 n=0.1mol, R=8.314J/(mol·K), TH=600K, TC=300K, Vmin=0.001m³, Vmax=0.002m³.
1→2: 600K 등온 팽창 / 2→3: 정적 냉각 / 3→4: 300K 등온 압축 / 4→1: 정적 가열.
상태 압력: 498.84, 249.42, 124.71, 249.42kPa.
순일 nR(TH−TC)ln(Vmax/Vmin)=172.885J.
완전 재생이면 외부 유입열=nRTH ln(2)=345.770J, 효율=50%.
무재생·단원자 이상기체 Cv=1.5R이면 외부 유입열에 nCv(TH−TC)=374.13J가 추가되어 효율≈24.015%.
분석식 검산값이며 실제 엔진 측정값이 아닙니다.

단계별 실행

TH·TC·몰수·부피 범위를 Kelvin과 m³ 단위로 정합니다.
첫 프롬프트로 P–V 선도와 네 단계 버튼이 있는 단일 HTML을 생성합니다.
브라우저에서 파일을 열고 네 꼭짓점 압력을 검산값과 비교합니다.
곡선 적분과 분석식으로 순일을 따로 계산해 비교하고 열·일의 부호를 확인합니다.
완전 재생과 무재생을 전환해 효율 분모가 달라지는 이유를 설명합니다. 실제 엔진 효율과 동일시하지 않습니다.

복사 가능한 최초·점검·수정 프롬프트

원문 전재가 아닌 AI오토마타 자체 한국어 응용 프롬프트입니다. 입력칸을 바꾸고 실행 여부를 기록하세요.

1. 선도부터 만드는 제작 요청

열역학 수업용 단일 HTML/JavaScript를 외부 자원 없이 한국어로 만들어라.
[바꿀 입력] n=0.1mol, R=8.314J/(mol·K), TH=600K, TC=300K, Vmin=0.001m³, Vmax=0.002m³, Cv=1.5R.
이상기체·준정적 가역 과정·압력손실 없음을 가정한다. TH>TC>0, Vmax>Vmin>0을 검사한다.
고온 등온팽창→정적냉각→저온 등온압축→정적가열을 P–V 선도와 방향 화살표로 그려라. 내부 단위는 Pa·m³·K, 화면은 kPa·L도 표시한다.
기체가 한 일을 양수로 하고 ΔU=Q−W를 쓴다. 단계별 W/Q/ΔU 표와 다음 단계·초기화 버튼을 제공한다. 피스톤은 개념도임을 밝힌다.
완전재생/무재생 토글과 각 외부 유입열 정의를 제공하라. 파일·실행 여부를 보고하라.

2. 열·일·단위 검수

[입력] 생성 HTML과 조건표.
꼭짓점 압력 498.84,249.42,124.71,249.42kPa, 등온 ΔU=0, 정적 W=0, 한 사이클 ΣΔU=0을 확인하라.
Wnet=172.8847698J, 완전재생 효율=0.5, 무재생 단원자 기체 효율≈0.240151과 비교하라.
수치적분과 분석식 상대오차 0.1% 이내를 교육용 계산 검사 기준으로 한다. 실험 오차와 혼동하지 마라.
섭씨 입력·음수 부피·TC≥TH·Vmax≤Vmin을 처리하는지 검사하라. 실제 실행값과 이론값을 구분하라.

3. 오류 수정과 수업 질문

[입력] 실패한 검수표와 소스.
단위·부호·재생 열량 중 실패한 항목만 수정하고 검산을 반복하라. 첫 버전은 완전재생/무재생 두 경우만 제공하고 이상 모델임을 표시하라.
학생 활동: 순일 부호 예측 → 네 단계 관찰 → 외부 열량과 효율 비교 → 실제 엔진과 달라지는 원인 두 가지 쓰기.
마찰·열교환 시간·누설은 정성적으로 설명하고 실제 효율 수치는 만들지 마라. 파일 버전과 실제 실행 여부를 기록하라.

결과 확인·대체 방법

기대값과 실제값을 나란히 적고 통과·실패·미실행을 구분하세요. 환경이 없으면 예제 입력을 종이나 표에 옮겨 손계산·수동 검토부터 진행하세요. 도구의 성공 메시지만으로 검수를 끝내지 않습니다.

검증 범위·출처·이용 조건

원자료 페이지와 이론식을 확인하고 Python으로 수치를 계산했습니다. 새 조작형 HTML 생성·브라우저 실행은 미실행입니다. 생성할 결과는 검증 대상이며 완성품 다운로드가 아닙니다. 외부 도해·코드 재배포 조건은 확인하지 않았으므로 복제하지 않고 링크로 제공합니다. 썸네일은 자체 작성한 개념도입니다. 원저자가 소개한 실제 엔진 영상이나 세부 기구학을 재현한 것은 아닙니다.

확인일: 2026년 10월 16일.

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