[공조냉동기계기사][열역학] 카르노 사이클 문제

2020년 6월

> 다음의 역카르노 사이클에서 등온팽창과정을 나타내는 것 은?

정답: C

> 다음과 같은 카르노사이클에 대한 설명으로 옳은 것은?

① 면적 1-2-3‘-4’는 흡열 Q1을 나타낸다.
② 면적 4-3-3‘-4’는 유효열량을 나타낸다.
③ 면적 1-2-3-4는 방열 Q2를 나타낸다.
④ Q1, Q2는 면적과는 무관하다.

정답: ①

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2020년 8월

> 고온열원(T1)과 저온열원(T2)사이에서 작동하는 역카르노 사 이클에 의한 열펌프(heat pump)의 성능계수는?

정답: $\frac{T_1}{T_1-T_2}$

> 카르노사이클로 작동하는 열기관이 1000℃의 열원과 300K 의 대기 사이에서 작동한다. 이 열기관이 사이클 당 100kJ 의 일을 할 경우 사이클 당 1000℃의 열원으로부터 받은 열 량은 약 몇 kJ인가?

정답: 130.8

풀이 : 효율=$\frac{(1000+273)-300}{1000+273}$=0.764
           열량 = $\frac{일}{효율}$=$\frac{100}{0.764}$=130.8kJ     

> 0℃와 100℃ 사이에서 작용하는 카르노 사이클 기관(㉮)과 400℃와 500℃사이에서 작용하는 카르노 사이클 기관(㉯)이 있다. ㉮기관 열효율은 ㉯기관 열효율의 약 몇 배가 되는 가?

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2020년 9월

> 고온 열원의 온도가 700℃이고, 저온 열원의 온도가 50℃인 카르노 열기관의 열효율(%)은?

정답: 66.8

풀이: $\frac{(700+273)-(50+273)}{700+273)}\times100$=66.8%

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2018년 8월

> 그림과 같이 카르노 사이클로 운전하는 기관 2개가 직렬로 연결되어 있는 시스템에서 두 열기관의 효율이 똑같다고 하면 중간 온도 T는 약 몇 K인가?

 

정답: 400K

풀이: 두기관의 열효율이 같다.
          1-$\frac{T}{800}$=1-$\frac{200}{T}$
          T=400K

 

> 카르노 냉동기 사이클과 카르노 열펌프 사이클에서 최고 온도와 최소 온도가 서로 같다. 카르노 냉동기의 성적 계수는 $COP_R$이라고 하고, 카르노 열펌프의 성적계수는 $COP_{HP}$라고 할 때 다음 중 옳은 것은?

정답: $COP_{HP}$ - $COP_R$ = 1 또는 $COP_{HP}$ = $COP_R$ + 1

> 에어컨을 이용하여 실내의 열을 외부로 방출하려 한다. 실외 35℃, 실내 20℃인 조건에서 실내로부터 3kW의 열을 방출하려 할 때 필요한 에어컨의 최소 통력은 약 몇 kW인가?

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2018년 4월

> 어떤 카르노 열기관이 100℃와 30℃ 사이에서 작동되며 100℃의 고온에서 100kJ 의 열을 받아 40kJ의 유용한 일을 한다면 이 열기관에 대하여 가장 옳게 설명한 것은?

    ① 열역학 제1법칙에 위배한다.

    ② 열역학 제2법칙에 위배한다.

    ③ 열역학 제1법칙과 제2법칙에 모두 위배되지 않는다.

    ④ 열역학 제1법칙과 제2법칙에 모두 위배된다.

정답: ④

풀이: 카르노열기관 = 카르노사이클
       

열역학 1법칙
 $\frac{Q2}{Q1}=\frac{T2}{T1}$
 Q2=$\frac{30+273}{100+273}\times100$=81.2kJ
 기관에 들어온 열 : Q1=100kJ
 기관에서 나간열: 40+81.2=121.2kJ
 기관에서 들어온 열보다 기관에서 나간열이 많으므로 열역학 제1법칙에 위배된다.
열역학 2법칙
 문제에서 주어진 열기관의 효율=40/100=0.4
 카르노 사이클 효율= 1-$\frac{30+273}{100+273}$=0.187
 문제에서 주어진 열기관의 효율이 카르노 사이클 효율보다 크므로 불가능한 기관이다.
 열역학 제2법칙에 위배된다

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2017년 8월

> 다음 중 이론적인 카르노 사이클 과정(순서)을 옳게 나타낸 것은? (단, 모든 사이클은 가역 사이클이다.)

정답: 등온팽창→단열팽창→등온압축→단열압축

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2017년 5월

> 역 Carnot cycle로 300K와 240K사이에서 작동하고 있는 냉동기가 있다. 이 냉동기의 성능계수는?

정답: 4

해설: $\frac{240}{300-240}$ = 4

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2016년8월

> 카르노 사이클로 작동되는 열기관이 600K에서 800kJ의 열을 받아 300K에서 방출한다면 일은 약 몇 kJ인가?

정답: 400
해설:

카르노 사이클의 열효율 = $\frac{일}{열량}$ =$\frac{W}{Q}$= $\frac{T_H-T_L}{T_H}$
W = $Q\times\frac{T_H-T_L}{T_H}$=$800\times\frac{600-300}{600}$=400kJ