2020년 6월

> 다음 중 가장 큰 에너지는?

    100kW 출력의 엔진이 10시간 동안 한 일
   발열량 10000 kJ/kg의 연료를 100kg연소시켜 나오는 열량
   대기압 하에서 10의 물 10m390로 가열하는데 필요한 열량( , 물의 비열은 4.2kJ/(kgK)이다.)|
   시속 100 km로 주행하는 총 질량 2000kg인 자동차의 운동에너지


2019년 8월

> 그림과 같이 다수의 추를 올려놓은 피스톤이 끼워져 있는 실린더에 들어있는 가스를 계로 생각한다. 초기 압력이 300kPa이고, 초기 체적은 0.05 이다. 피스톤을 고정하여 체적을 일정하게 유지하면서 압력이 200kPa로 떨어질 때까지 계에서 열을 제거한다. 이 때 계가 외부에 한 일(kJ)은 얼마인가?


2019년 3월

> 실린더에 밀폐된 8kg의 공기가 그림과 같이 P1 = 800 kPa, 체적 V1 = 0.27 m3에서 P2 = 350 kPa, 체적 V2 = 0.80 으로 직선 변화하였다. 이 과정에서 공기가 한 일은 약 몇 kJ 인가?

> 이상기체 1kg이 초기에 압력 2 kPa, 부피 0.1 를 차지하고 있다. 가역등온과정에 따라 부피가 0.3 로 변화했을 때 기체가 한 일은 약 몇 J인가?

> 압력 2 MPa, 300의 공기 0.3kg이 폴리트로픽 과정으로 팽창하여, 압력이 0.5 MPa로 변화하였다. 이때 공기가 한 일은 약 몇 kJ인가? (, 공기는 기체상수가 0.287 kJ/(kg·K)인 이상기체이고, 폴리트로픽 지수는 1.3 이다.)


2017년 5월

> 보일러의 입구의 압력이 9800kN/m2이고, 응축기의 압력이 4900N/m2일 때 펌프가 수행한 일은 약 몇 kJ/kg 인가?(, 물의 비체적은 0.001m3/kg 이다.)


2016년 5월

> 30, 100kPa의 물을 800kPa까지 압축한다. 물의 비체적이 0.001m3/kg로 일정하다고 할 때, 단위 질량당 소요된 일(공업일)?


2016년 3월

> 실린더 내부에 기체가 채워져 있고 실린더에는 피스톤이 끼워져 있다. 초기 압력 50 kPa, 초기 체적 0.05 의 기체를 버너로 $PV^{1.4}$ = constant 가 되도록 가열하여 기체 의 체적이 0.2m3이 되었다면, 이 과정동안에 시스템이 한 일은?

> 밀폐 시스템이 압력 P1 = 200 kPa, 체적 V1 = 0.1 인 상태에서 P2 = 100 kPa, 체적 V2 = 0.3 인 상태까지 가역팽창되었다. 이 과정이 P-V선도에서 직선으로 표시된다면 이 과정 동안 시스템이 한 일은 약 몇 kJ 인가?


 

열량= 내부에너지+일

H=U+PV


2019년 8월

> 증기가 디퓨저를 통하여 0.1MPa, 150, 200m/s의 속도로 유입되어 출구에서 50m/s의 속도로 빠져나간다. 이 때 외부로 방열된 열량이 500J/kg일 때 출구 엔탈피(kJ/kg)는 얼마인가? (, 입구의 0.1MPa, 150상태에서 엔탈피는 2776.4kJ/kg이다.)


2019년 3월

> 어느 내연기관에서 피스톤의 흡기과정으로 실린더 속에 0.2 kg의 기체가 들어 왔다. 이것을 압축할 때 15 kJ의 일이 필요하였고, 10 kJ의 열을 방출하였다고 한다면, 이 기체 1 kg당 내부에너지의 증가량은?

> 공기 1kg이 압력 50kPa, 부피 3m3인 상태에서 압력 900kPa, 부피 0.5m3인 상태로 변화할 때 내부 에너지가 160kJ 증가하였다. 이 때 엔탈피는 약 몇 kJ이 증가하였는가?

> 밀폐계가 가역정압 변화를 할 때 계가 받은 열량은?

     계의 엔탈피 변화량과 같다.


2018년 8월

> 다음 중 이상적인 스로틀 과정에서 일정하게 유지되는 양은?

정답: 엔탈피

> 이상기체가 등온과정으로 체적이 감소할 때 엔탈피는 어떻게 되는가?

정답: 변하지 않는다.

> 어떤 기체 1kg이 압력 50kPa, 체적 2.0m3의 상태에 서 압력 1000kPa 체적 0.2m3의 상태로 변화하였다. 이 경우 내부에너지의 변화가 없다고 한다면, 엔탈피의 변화는 얼마나 되겠는가?

정답: 100

해설: H=U+PV
        ΔH= ΔU+ Δ(PV) = 0+(P2V2-P1V1) = 100kJ

> 압력 250kPa, 체적 0.35m3의 공기가 일정 압력 하에서 팽창하여, 체적이 0.5m3로 되었다. 이 때 내부에너지의 증가가 93.9kJ이었다면, 팽창에 필요한 열량은 약 몇 kJ인가?

정답: 131.4

해설: δQ =dU+PdV 
          Q= ΔU+P(V2-V1) = 93.9+250x(0.5-0.35) = 131.4kJ


2018년 4월

> 습증기 상태에서 엔탈피 h를 구하는 식은? (, hf는 포화액의 엔탈피, hg는 포화증기의 엔탈피, x는 건도이다.)

정답: h= hf+x(hg-hf)


 

열효율  열기관에서 열을 일로 바꾸는 데 효율
η= $\frac{Q_H-Q_L}{Q_H}$

성적계수 : 냉동기관에서 성능을 나타내는 값

공식

냉동기 $COP_R = \frac{T_L}{T_H-T_L}$
열펌프 $COP_{HP} = \frac{T_H}{T_H-T_L}$
$COP_{HP} = COP_R$ + 1


2020년 6월

> 다음 중 가장 큰 에너지는?

    100kW 출력의 엔진이 10시간 동안 한 일

   발열량 10000 kJ/kg의 연료를 100kg연소시켜 나오는 열량

   대기압 하에서 10의 물 10m390로 가열하는데 필요한 열량( , 물의 비열은 4.2kJ/(kgK)이다.)

   시속 100 km로 주행하는 총 질량 2000kg인 자동차의 운동에너지


2019년 4월

> 효율이 40%인 열기관에서 유효하게 발생되는 동력이 110kW 라면 주위로 방출되는 총 열량은 약 몇 kW 인가?

정답: 165
해설: 효율=$\frac{출력}{입력}=\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}$
          0.4=$\frac{110}{Q_1}$
          $Q_1=\frac{110}{0.4}$=275kW
         $Q_1-Q_2$=110kW
         $Q_2$=$Q_1$-110=275-110=165kJ

> 축 동력 10kW, 냉매순환량 33kg/min인 냉동기에서 증발기 입구 엔탈피가 406kJ/kg, 증발기 출구 엔탈피가 615kJ/kg, 응축기 입구 엔탈피가 632kJ/kg 이다. 실제 성능계수와 이론 성능계수는 각각 얼마인가?


2019년 3월

> 시간당 380000 kg의 물을 공급하여 수증기를 생산하는 보일러가 있다. 이 보일러에 공급하는 물의 엔탈피는 830 kJ/kg이고, 생산되는 수증기의 엔탈피는 3230 kJ/kg이라고 할 때, 발열량이 32000 kJ/kg인 석탄을 시간당 34000 kg씩 보일러에 공급한다면 이 보일러의 효율은 약 몇 %인가?


2018년 4월

> 증기 압축 냉동 사이클로 운전하는 냉동기에서 압축기 입구, 응축기 입구, 증발기 입구의 엔탈피가 각각 387.2kJ/kg, 435.1kJ/kg, 241.8kJ/kg일 경우 성능계수는 약 얼마인가?

정답: 3.0

> Brayton 사이클에서 압축기 소요일은 175kJ/kg, 공급열은 627kJ/kg, 터빈 발생일은 406kJ/kg로 작동될 때 열효율은 약 얼마인가?

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정답: 0.368
해설: $\frac{유효열량}{공급열량}$ = $\frac{406-175}{627}$ = 0.368



> 매시간 20kg의 연료를 소비하여 74kW의 동력을 생산하는 가솔린 기관의 열효율은 약몇 %인가? (단, 가솔린의 저위발열량은 43470kJ/kg이다.)

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정답: 31

해설: $\frac{74\times3600}{20\times43470}\times100$ = 30.64%
         참고 1kW = 1kJ/s = 1x3600kJ/h


2017년 8월

> 어떤 냉장고의 소비전력이 2kW이고, 이 냉장고의 응축기에서 방열되는 열량이 5kW라면, 냉장고의 성적계수는 얼마인가? (, 이론적인 증기압축 냉동사이클로 운전된다고 가정한다.)

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정답: 1.5
해설: COP = $\frac{Q_e}{W} =\frac{Q_c-W}{W} = \frac{5-2}{2}$ 

> 증발온도 -30˚C, 응축온도 45˚C에서 작동되는 이상적인 냉동기의 성적계수는?

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정답: 3.2
해설: COP = $ \frac{T_L}{T_H - T_L} = \frac{-30+273}{(45+273)-(-30+273)}$


2017년 5월

> 출력 10000kW의 터빈 플랜트의 시간당 연료소비량이 5000 kg/h이다. 이 플랜트의 열효율은 약 몇 % 인가? (, 연료의 발열량은 33440 kJ/kg이다.)

정답: 21.5

해설: 열효율 = $\frac{10000\times3600}{500\times33440}$

> 어느 증기터빈에 0.4kg/s로 증기가 공급되어 260kW의 출력을 낸다. 입구의 증기 엔탈피 및 속도는 각각 3000kJ/kg, 720m/s, 출구의 증기 엔탈피 및 속도는 각각 2500kJ/kg, 120m/s 이면, 이 터빈의 열손실은 약 몇 kW가 되는가?


2016년8월

> 카르노 열펌프와 카르노 냉동기가 있는데, 카르노 열펌프의 고열원 온도는 카르노 냉동기의 고열원 온도가 같고, 카르노 열펌프의 저열원 온도는 카르노 냉동기의 저열원 온도와 같다. 이때 카르로 열펌프의 성적계수($COP_{HP}$)와 카르노 냉동기의 성적계수($COP_R$)의 관계로 옳은 것은?

정답: $COP_{HP} = COP_R$ + 1

 


2016년 5월

> 냉동실에서의 흡수 열량이 5 냉동톤(RT)인 냉동기의 성능계수(COP)2, 냉동기를 구동하는 가솔린 엔진의 열효율이 20%, 가솔린의 발열량이 43000kJ/kg 일 경우, 냉동기 구동에 소요되는 가솔린의 소비율은 약 몇 kg/h인가? (, 1 냉동톤(RT)은 약 3.86kW 이다.)

> 오토 사이클의 압축비가 6인 경우의 이론 열효율은 약 몇 %인가? (, 비열비 = 1.4 이다.)

열량 공식 = 비열 x 질량 x 온도변화

비열용량(比熱容量, Specific heat capacity) 또는 비열은 단위 질량의 물질 온도를 1도 높이는 데 드는 열에너지이다.

비열은 물질의 종류에 따라서 결정되는 상수이다.

 

물질 비열 cal/(g·K) 물질 비열 cal/(g·K)
1 얼음 0.5
구리 0.0924 나무 0.41
0.107 유리 0.2
0.056 알코올 0.58
0.0309 수은 0.033
0.0305 알루미늄 0.215
금강석 0.121 0.0309
염화나트륨 0.206 황동 0.091
백금 0.0316 우라늄 0.027

 

단위 변환

1 [cal] = 4.187[J]
1 [W] = 1[J/S]


2019년 8월

> 두께 10mm, 열전도율 15W/m인 금속판 두 면의 온도가 각각 7050일 떄 전열면 1 1분 동안에 전달되는 열량(kJ)은 얼마인가?\

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정답: 1800

해설: q = $\frac{λ}{l}A(t_1 - t_2)$
            = $\frac{15}{10\times10^{-3}}\times1\times(70-50)$
            = 30000 [w] 
            = 30000 [J/S] 
            = $30000\times10^{-3}\times60$ [kJ/min]
            = 1800[kJ/min]

 

> 다음 공기선도 상에서 난방풍량이 25000m3/h인 경우 가열코일의 열량(kW)? (, 1은 외기, 2는 실내 상태점을 나타내며, 공기의 비중량은 1.2kg/m3이다.)


2017년8월

> 2L1kW의 전열기를 사용하여 20˚C로부터 100˚C까지 가열하는데 소요되는 시간은 약 몇 분(min)인가? (, 전열기 열량의 50%가 물을 가열하는데 유효하게 사용되고, 물은 증발하지 않는 것으로 가정한다. 물의 비열은 4.18kJ/(kgK)이다.)

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정답: 22.3
해설: Q = m$C(T_2-T_1)$ = 2 x 4.18 x (100-20) = 668.8kJ

 

> 체적이 0.1 인 용기 안에 압력 1MPa, 온도 250˚C의 공기가 들어 있다. 정적과정을 거쳐 압력이 0.35Mpa로 될 때 이 용기에서 일어난 열전달 과정으로 옳은 것은? (, 공기의 기체상수는 0.287kJ/(kgK), 정압비열은 1.0035 kJ/(kgK) 정적비열은 0.7165 kJ/(kgK)이다.)

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정답: 162kJ의 열이 용기에서 나간다.
해설: 정적과정 가열량 Q=m$C_v(T_2-T_1)$ = 0.666 x 0.7165 x (183.05-523) = -162.2kJ
       1) m = $\frac{PV}{RT}$=$\frac{(1\times10^3)\times0.1}{0.287\times(250+273)}$ = 0.666kg
       2) $T_2=T_1\times\frac{0.35}{1}$ = 183.05K

 

> 냉각수 입구 온도가 15˚C이며 매분 40L로 순환되는 수냉식 응축기에서 시간당 18000kcal의 열이 제거되고 있을 때 냉각수 출구온도(˚C)?

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정답: 22.5
해설: Q=m$C(T_2-T_1)$에서 $T_2=T_1+\frac{Q}{mC}$=15+$\frac{18000}{60\times40\times1}$


2017년5월

> 압력이 일정할 때 공기 5kg0에서 100까지 가열하는데 필요한 열량은 약 몇 kJ 인가? (, 비열(Cp)은 온도 T()에 관계한 함수로 Cp(kJ/kg)) = 1.01+0.000079×T이다.)

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정답: 507

해설: δq = m ㆍ Cp ㆍ dT
          q = $\int_{T_1}^{T_2} mC_p \,dt$ = $m\int_{T_1}^{T_2} C_p \,dt$
             = 5 x $\int_{0}^{100} (1.01+0.000079T) \,dt$

 


2017년3월

> 10에서 160까지 공기의 평균 정적비열은 0.7315kJ/(kgK)이다. 이 온도 변화에서 공기 1kg의 내부에너지 변화는 약 몇 kJ인가?

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정답: 109.7
해설: du=$C_v$dT=0.7315x(160-10) = 109.73kJ

> 온도 300K, 압력 100kPa 상태의 공기 0.2kg이 완전히 단열된 강체 용기 안에 있다. 패들(paddle)에 의하여 외부로부터 공기에 5kJ의 일이 행해질 때 최종 온도는 약 몇 kJ인가? (, 공기의 정압비열과 정적비열은 각각 1.0035kJ/(kgK), 0.7165kJ/(kgK)이다.)

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정답:335
풀이: δQ=du+ δW에서 단열변화이므로 δQ=0, δW=du
         W = m$C_v(T_2-T_1)$에서 $T_2=T_1+\frac{W}{mC_v}=300+\frac{5}{0.2\times0.7165}$=334.9K


2016년8월

> 온도 150, 압력 0.5kPa의 이상기체 0.287kg정압과정에서 원래 체적의 2배로 늘어난다. 이 과정에서 가해진 열량은 약 얼마인가? (, 공기의 기체 상수는 0.287kJ/kgK이고, 정압비열은 1.004kJ/kgK이다.)

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정답: 121.9kJ
해설: 정압과정  δQ = $mC_pdT$ = 0.287x1.004x(846-423) = 121.9kJ
          $\frac{V_1}{T_1}={V_2}{T_2}$ 에서
          $T_2=T_1\frac{V_2}{V_1}$ = $(150+273)\frac{2V_1}{V_1}$ = 846K

> 압력 200kPa, 체적 0.4m3인 공기가 정압 하에서 체적이 0.6m3로 팽창하였다. 이 팽창 중에 내부에너지가 100kJ만큼 증가하였으면 팽창에 필요한 열량은?

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정답: 140
해석: δQ = dU+ PdV = 100+ 200x(0.6-0.4) = 140 kJ

> 질량 유량이 10kg/s인 터빈에서 수증기의 엔탈피가 800kJ/kg 감소한다면 출력은 몇 kW인가? (, 역학적 손실, 열손실은 모두 무시한다.)

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정답: 8000
해석: W=m Δh = 10x800=8000kW
          1kW= 1kJ/s

> 순수한 물질로 되어 있는 밀폐계가 단열과정 중에 수행한 일의 절대값에 관련된 설명으로 옳은 것은? (, 운동에너지와 위치에너지의 변화는 무시한다.)

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정답: 내부 에너지 변화량과 같다
해석: δQ = dU+ δW에서 단열과정은 δQ = 0 이므로 δW= - dU

> 2MPa 압력에서 작동하는 가역 보일러에 포화수가 들어가 포화증기가 되어서 나온다. 보일러의 물 1kg당 가한 열량은 약 몇 kJ인가? (, 2MPa 압력에서 포화온도는 212.4이고 이 온도는 일정하다. 그리고 포화수 비엔트로피는 2.4473kJ/kgK, 포화증기 비엔트로피는 6.3408kJ/kgK이다.)\

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정답: 1890
해설: 열량 = 온도x 엔트로피 = (212.4+273)x(6.3408-2.4473) = 1889.9 kJ/kg

 


2016년5월

> 온도가 150인 공기 3kg이 정압 냉각되어 엔트로피가 1.063kJ/K 만큼 감소되었다. 이때 방출된 열량은 약 몇 kJ 인가? (, 공기의 정압비열은 1.01kJ/kgK이다.)

> 공기 1kg을 정적과정으로 40에서 120까지 가열하고, 다음에 정압과정으로 120에서 220까지 가열한다면 전체 가열에 필요한 열량으로 적절한 것은? (, 정압비열은 1.00kJ/kgK, 정적비열은 0.71kJ/kgK 이다.)

> 질량 1kg의 공기가 밀폐계에서 압력과 체적이 100kPa, 1m3이었는데 폴리트로픽 과정(PVn = 일정)을 거쳐 체적이 0.5m3이 되었다. 최종 온도(T2)와 내부 에너지의 변화량(U)은 각각 얼마인가? (, 공기의 기체상수는 287J/kgK, 정적비열은 718J/kgK, 정압비열은 1005J/kgK, 폴리트로프 지수는 1.3이다.)

이상기체의 상태를 설명하는데 필요한 변수는 모두 4개이다.

압력 P, 부피 V, 온도 T, 엔트로피 S 입니다.

각각 2개의 변수들로 일과 열량을 구할 수 있습니다.

일:W,열량:Q, 내부에너지: U

dW = P dV , dQ = TdS    

일정한 값 dQ dW dU 열역학 1법칙으로 알수 있는 것
등적 V n Cv dT 0 n Cv dT dQ=dU
등압 P n Cp dT PdV= nRdT n Cv dT Cp = Cv+ R
등온 T 1) nRT dV/V 1) nRT dV/V
PV = 일정
0 dQ=dW
단열 S 0 2) -n Cv dT
$PV^r$ = 일정
n Cv dT dW=-dU

2019년 3월

> 다음 중 기체상수(gas constant, R[kJ/(kg·K)])값이 가장 큰 기체는?

   산소(O2)  수소(H2   일산화탄소(CO) 이산화탄소(CO2)

정답:


2018년4월

> 이상기체에 대한 관계식 중 옳은 것은? (,Cp, Cv는 정압 및 정적 비열, k는 비열비이고, R은 기체 상수이다.)

정답: $C_p=\frac{k}{k-1}R$

> 온도 150, 압력 0.5MPa의 공기 0.2kg이 압력이 일정한 과정에서 원래 체적의 2배로 늘어난다. 이 과정에서의 일은 약 몇 kJ인가? (, 공기는 기체상수가 0.287kJ/(kgK)인 이상기체로 가정한다.)

정답: 24.3
해설:W = $P(V_2-V_1)$=$P(\frac{V_2}{V_1}-1)V_1$=$P(2-1)V_1$=$PV_1$=$P\times\frac{mRT_1}{P_1}$=$mRT_1$=0.2x0.287x(150+273) = 24.28kJ

        참고 $P_1V_1 = mRT_1$에서 $V_1 = \frac{mRT_1}{P_1}$

> 피스톤-실린더 장치 내에 있는 공기가 0.3m3에서 0.1m3으로 압축되었다. 압축되는 동안 압력(P)과 체적(V) 사이에 P=aV-2의 관계가 성립하며, 계수 A = 6kPam6이다. 이 과정 동안 공기가 한 일은 약 얼마인가?

정답: -40kJ
해설: W = $\int_0^1 P \,dV= \int_0^1 aV^{-2} \,dV$


2017년3월

> 분자량이 M이고 질량이 2V 인 이상기체 A가 압력 p , 온도 T(절대온도)일 때 부피가 V 이다. 동일한 질량의 다른 이상기체 B가 압력 2p, 온도 2T(절대온도)일 때 부피가 2V이면 이 기체의 분자량은 얼마인가?

정답: 0.5M


2016년8월

> 체적이 150 인 방 안에 질량이 200kg이고 온도가 20인 공기(이상기체상수 = 0.287kJ/kgK)가 들어 있을 때 이 공기의 압력은 약 몇 kPa인가?

정답:  112
풀이: 이상기체 상태방정식 PV=mRT
          압력 P=$\frac{mRT}{V}$ = $\frac{200\times0.287\times(20+273)}{150}$=112.1kPa

> 온도 200, 압력 500kPa, 비체적 0.6m3/kg의 산소가 정압 하에서 비체적이 0.4m3/kg으로 되었다면, 변화 후의 온도는 얼마인가?

정답: 42.3
해석 : $\frac{v_1}{T_1}=\frac{v_2}{T_2}$

> 시스템 내의 임의의 이상기체 1kg이 채워져 있다. 이 기체의 정압비열은 1.0kJ/kgK이고, 초기 온도가 50인 상태에서 323kJ의 열량을 가하여 팽창시킬 때 변경 후 체적은 변경 전 체적이 약 몇 배가 되는가? (, 정압과정으로 팽창한다.)

정답: 2
해석: 사용공식 1) $\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}$
                        2) δQ=mC_pdT

> 이상기체의 압력(P), 체적(V)의 관계식 $PV^n$= 일정에서 가역단열과정을 나타내는 n의 값은? (, $C_p$ 는 정압비열, $C_v$ 는 정적비열이다.)

정답: 정적비열에 대한 정압비열의 비($C_p/C-v$)


2015년 3월

이상기체의 상태를 정하는  압력(P), 부피(V), 온도(T), 엔트로피(S) 에서 P,V,T 는 모두 우리 감각을 통해서 느낄 수 있는 것들이지만, S 는 우리 감각으로 느끼지 못한다. 우리의 피부를 통해 압력, 온도를 느끼고, 눈으로 부피가 변하는 것도 볼 수 있는데, 이 엔트로피는 느낄 수 있는 감각이 없습니다. 압력, 온도, 부피를 측정할 수 있습니다. 열도 간접적으로 측정하는 장치(열량계)란 것이 있는데, 엔트로피를 측정하는 장치는 없습니다.

엔트로피 변화량 계산 유형

온도 T가 일정한 경우
Δs=$\frac{\ Δq}{T}$

온도 T가 일정하지 않은 경우

• 단순히 열량이 온도에만 의존하는 경우
• 열량이 여러 변수에 의존하는 경우

이상 기체에서 엔트로피 변화량
가역 일때
비가역 일때


2019년 4월

> 어떤 시스템에서 공기가 초기에 290K에서 330K로 변화하였고, 이 때 압력은 200kPa에서 600kPa로 변화하였다. 이 때 단위 질량당 엔트로피 변화는 약 몇 kJ/(kg·K)인가? (, 공기는 정압비열이 1.006 kJ/(kg·K)이고, 기체상수가 0.287 kJ/(kg·K)인 이상기체로 간주한다.)

정답: -0.185
해설: ΔS = $C_vln\frac{T_2}{T_1}-Rln\frac{P_2}{P_1}$
               =1.006$ln\frac{330}{290}-0.287ln\frac{600}{200}$


2019년 3월

> 계의 엔트로피 변화에 대한 열역학적 관계식 중 옳은 것은? (, T는 온도, S는 엔트로피, U는 내부에너지, V는 체적, P는 압력, H는 엔탈피를 나타낸다.)

     정답:  TdS = dH VdP


2018년 3월

> 600 kPa, 300 K 상태의 이상기체 1 kmol이 엔탈피가 등온과정을 거쳐 압력이 200 kPa로 변했다. 이 과정동안의 엔트로피 변화량은 약 몇 kJ/K 인가? (, 일반기체상수(R)8.31451 kJ/(kmol·K) 이다.)

2018년4월

> 온도가 T1인 고열원으로부터 온도가 T2인 저열원으로 열전도, 대류, 복사 등에 의해 Q 만큼 열전달이 이루어졌을 때 전체 엔트로피 변화량을 나타내는 식은?

정답 : $\frac{Q(T1-T2)}{T1 \times {T2}}$ = $\frac{Q}{T2}-\frac{Q}{T1}$

> 마찰이 없는 실린더 내에 온도 500K, 비엔트로피 3kJ/(kgK)인 이상기체가 2kg 들어있다. 이 기체의 비엔트로피가 10kJ/(kgK)이 될 때까지 등온과정으로 가열한다면 가열량은 약 몇 kJ인가?

정답: 7000
해설: ΔS = $\frac{ΔQ}{T}$
         Q2-Q1 = T(S2-S1) = T(s2-s1)m = 500x(10-3)x2 = 7000kJ

> 1kg의 공기가 100를 유지하면서 가역등온 팽창하여 외부에 500kJ의 일을 하였다. 이때 엔트로피의 변화량은 약 몇 kJ/K인가?

정답: 1.340


2018년3월

> 단위질량의 이상기체가 정적과정 하에서 온도가 T1에서 T2로 변하였고, 압력도 P1에서 P2로 변하였다면, 엔트로피 변화량 S? (, CvCp는 각각 정적비열과 정압비열이다.)

정답: △S =$C_vln\frac{T_2}{T_1}$ = $C_vln\frac{P_2}{P_1}$

> 다음 4가지 경우에서 ( ) 안의 물질이 보유한 엔트로피가 증가한 경우는?

정답: 컵에 있는 (물)이 증발하였다.

해설: 어떤 물질이 열을 받으면 엔트로피가 증가하고 빼앗기면 엔트로피가 감소하며 단열과정에서는 엔트로피가 일정하다.


 

2017년3월

> 4kg의 공기가 들어 있는 체적 0.4 의 용기(A)와 체적이 0.2 인 진공의 용기(B)를 밸브로 연결하였다. 두 용기의 온도가 같을 때 밸브를 열어 용기 AB의 압력이 평형에 도달했을 경우, 이 계의 엔트로피 증가량은 약 몇 J/K인가? (, 공기의 기체상수는 0.287kJ/(kgK)이다.)

정답: 465.5
풀이: 등온과정 엔트로피식 = mRln$\frac{V_2}{V_1}$ = 4x0.287x$10^3$ x ln$\frac{0.4+0.2}{0.4}$

> 1kg이 포화온도 120에서 증발할 때, 증발 잠열은 2203kJ이다. 증발하는 동안 물의 엔트로피 증가량은 약 몇 kJ/K인가?

정답: 5.6
풀이: $\frac{2203}{120+273}$=5.6kJ/K

> 이상적인 증기-압축 냉동사이클에서 엔트로피가 감소하는 과정은?

정답: 응축과정

> 1kg의 공기가 100를 유지하면서 등온팽창하여 외부에 100kJ의 일을 하였다. 이때 엔트로피의 변화량은 약 몇 kJ/(kgK)인가?

정답: 0.268
풀이 : $\frac{100}{100+273}$=0.268kJ/kgK


2016년8월

> 2MPa 압력에서 작동하는 가역 보일러에 포화수가 들어가 포화증기가 되어서 나온다. 보일러의 물 1kg당 가한 열량은 약 몇 kJ인가? (, 2MPa 압력에서 포화온도는 212.4이고 이 온도는 일정하다. 그리고 포화수 비엔트로피는 2.4473kJ/kgK, 포화증기 비엔트로피는 6.3408kJ/kgK이다.)

정답: 1890
풀이: 온도는 일정하기에 엔트로피 Δs=$\frac{\ Δq}{T}$에서 Δq=TΔs = (212.4+273)x(6.3408-2.4473)=1889.9kJ/kg

         비엔트로피 : 단위 질량 또는 단위 몰(mole)당 엔트로피.

> 다음 온도-엔트로피 선도(T-S 선도)에서 과정 1-2가 가역일 때 빗금 친 부분은 무엇을 나타내는가?

정답: 열량

> 일정한 정적비열 Cv 와 정압비열 Cp를 가진 이상기체 1kg의 절대온도와 체적이 각각 2배로 되었을 때 엔트로피의 변화량으로 옳은 것은?

정답: Cpln2


2016년 5월

> 그림과 같이 중간에 격벽이 설치된 계에서 A에는 이상기체가 충만되어 있고, B는 진공이며, AB의 체적은 같다. AB사이의 격벽을 제거하면 A의 기체는 단열비가역 자유팽창을 하여 어느 시간 후에 평형에 도달하였다. 이 경우의 엔트로피 변화 s? (, Cv는 정적비열, Cp는 정압비열, R은 기체상수이다.)

2016년 3월

> 실린더 내부에 기체가 채워져 있고 실린더에는 피스톤이 끼워져 있다. 초기 압력 50 kPa, 초기 체적 0.05 의 기체를 버너로 $PV^{1.4}$ = constant 가 되도록 가열하여 기체 의 체적이 0.2m3이 되었다면, 이 과정동안에 시스템이 한 일은?

정답: 2.66kJ

열을 일로 변환하는 사이클이다, 화력 발전소에서 증기기관들이 전기를 생산하기 위해 연료나 다른 열원의 열에너지를 이용하는 과정이다.


보일러 -> 터빈 -> 복수기(응축기)  -> 펌프 -> 보일러

보일러: 정압가열
터빈 : 단열팽창 
 
복수기(응축기) :정압방열 
펌프 : 단열압축 


2020년 8월
> 이상적인 랭킨사이클에서 터빈 입구 온도가 350이고, 75kPa3MPa의 압력범위에서 작동한다. 펌프 입구와 출구, 터빈 입구와 출구에서 엔탈피는 각각 384.4kJ/kg, 387.5kJ/kg, 3116kJ/kg, 2403kJ/kg이다. 펌프일을 고려한 사이클의 열효율과 펌프일을 무시한 사이클의 열효율 차이는 약 몇 %인가?


2018년8월

> 랭킨 사이클의 각각의 지점에서 엔탈피는 다음과 같다. 이 사이클의 효율은 약 몇 %인가? (, 펌프일은 무시한다.)

보일러 입구: 290.5kJ/kg
보일러 출구: 290.5kJ/kg
응축기 입구: 290.5kJ/kg
응축기 출구: 290.5kJ/kg

정답: 26.7%
풀이: 효율 = $\frac{터빈이 한일}{가열된 열량}$=$\frac{보일러출구-응축기입구}{보일러 출구-응축기 출구}$


2018년4월

> 다음 중 이상적인 증기 터빈의 사이클인 랭킨 사이클을 옳게 나타낸 것은?

정답: 가역단열압축 정압가열 가역단열팽창 정압냉각

> 랭킨 사이클의 열효율을 높이는 방법으로 틀린 것은?

    복수기의 압력을 저하시킨다.
    보일러 압력을 상승시킨다.
    재열(reheat) 장치를 사용한다.
     터빈 출구 온도를 높인다.

정답:


2018년 3월

> 그림과 같이 온도(T)-엔트로피(S)로 표시된 이상적인 랭킨사이클에서 각 상태의 엔탈피(h)가 다음과 같다면, 이 사이클의 효율은 약 몇 %인가? (, h1 = 30 kJ/kg, h2 = 31 kJ/kg, h3 = 274 kJ/kg, h4 = 668 kJ/kg, h5 = 764 kJ/kg, h6 = 478 kJ/kg 이다.)

정답: 39
해석: 열효율 = $\frac{(h_5-h_6)-(h_2-h_1)}{h_5-h_2}$=0.388

> 증기터빈 발전소에서 터빈 입구의 증기 엔탈피는 출구의 엔탈피보다 136kJ/kg 높고, 터빈에서의 열손실은 10kJ/kg이다. 증기 속도는 터빈입구에서 10m/s이고, 출구에서 110m/s일 때 이 터빈에서 발생시킬 수 있는 일은 약 몇 kJ/kg인가?

> 압력 2MPa, 온도300의 수증기가 20m/s 속도로 증기터빈으로 들어간다. 터빈출구에서 수증기 압력이 100kPa, 속도는 100m/s이다. 가역단열과정으로 가정시, 터빈을 통과하는 수증기 1kg 당 출력일은 약 몇 kJ/kg인가? (, 수증기표로부터 2MPa, 300에서 비엔탈피는 3023.5 kJ/kg, 비엔트로피는 6.7663 kJ/(kg·K)이고, 출구에서의 비엔탈피 및 비엔트로피는 아래 표와 같다.)

> 랭킨 사이클에서 25, 0.01MPa 압력의 물 1kg5MPa 압력의 보일러로 공급한다. 이때 펌프가 가역단열과정으로 작용한다고 가정할 경우 펌프가 한 일은 약 몇 kJ인가? (, 물의 비체적은 0.001m3/kg이다.)


2017년3월

> Rankine 사이클에 대한 설명으로 틀린 것은?

    응축기에서의 열방출 온도가 낮을수록 열효율이 좋다.
    증기의 최고온도는 터빈 재료의 내열특성에 의하여 제한된다.
    팽창일에 비하여 압축일이 적은 편이다.
    ④  터빈 출구에서 건도가 낮을수록 효율이 좋아진다.

정답: ④


2016년3월

> 랭킨사이클을 구성하는 요소는 펌프, 보일러, 터빈, 응축기로 구성된다. 각 구성 요소가 수행하는 열역학적 변화과정으로 틀린 것은?

   펌프 : 단열 압축 보일러 : 정압 가열    터빈 : 단열 팽창 응축기 : 정적 냉각

정답: ④

열역학 0법칙: 열평형법칙
열역학 1법칙: 에너지 보존 법칙
열역학 2법칙: 열과 일의변환에 대한 방향성을 제시한 법칙
열역학 3법칙: 절대온도법칙


2019년 3월

> 열역학 제2법칙에 관해서는 여러 가지 표현으로 나타낼 수 있는데, 다음 중 열역학 제2법칙과 관계되는 설명으로 볼 수 없는 것은?

     열을 일로 변환하는 것은 불가능하다.

    열효율이 100%인 열기관을 만들 수 없다.

    열은 저온 물체로부터 고온 물체로 자연적으로 전달되지 않는다.

    입력되는 일 없이 작동하는 냉동기를 만들 수 없다.


2018년8월

> 두 물체가 각각 제3의 물체와 온도가 같을 때는 두 물체도 역시 서로 온도가 같다는 것을 말하는 법칙으로 온도측정의 기초가 되는 것은?

정답: 열역학 0법칙

> 열과 일에 대한 설명 중 옳은 것은?

   ① 열역학적 과정에서 열과 일은 모두 경로에 무관한 상태함수로 나타낸다.
   일과 열의 단위는 대표적으로 Watt(W)를 사용한다.
   열역학 제1법칙은 열과 일의 방향성을 제시한다.
    한 사이클 과정을 지나 원래 상태로 돌아왔을 때 시스템에 가해진 전체 열량은 시스템이 수행한 전체 일의 양과 같다.

정답: ④


2018년 3월

> 어떤 기체가 5kJ의 열을 받고 0.18kN·m의 일을 외부로 하였다. 이때의 내부에너지의 변화량은?

정답: 4.82kJ

풀이: 열 = 내부에너지+일 : 열역학 1법칙

         내부에너지 = 열 -일 = 5[kJ]-0.18[kJ] = 4.82kJ

         1kJ = 1kNm

> 초기압력 100kPa, 초기체적 0.1 인 기체를 버너로 가열하여 기체 체적이 정압과정으로 0.5 이 되었다면 이 과정 동안 시스템이 외부에 한 일은 약 몇 kJ인가?

정답: 40kJ

풀이: 일 = 100x(0.5 -0.1) = 40

> 열역학적 변화와 관련하여 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

   단위 질량당 물질의 온도를 1올리는데 필요한 열량을 비열이라 한다.
    정압과정으로 시스템에 전달된 열량은 엔트로피 변화량과 같다.
   내부 에너지는 시스템의 질량에 비례하므로 종량적(extensive) 상태량이다.
   어떤 고체가 액체로 변화할 때 융해(Melting)라고 하고, 어떤 고체가 기체로 바로 변화할 때 승화(Sublimation)라고 한다.

정답 :

> 다음 중 강성적(강도성, intensive) 상태량이 아닌 것은?

    압력 온도     ③  엔탈피 비체적

정답: ③


2017년 5월

> 그림과 같이 상태 1, 2 사이에서 계가 1A2B1 과 같은 사이클을 이루고 있을 때, 열역학 제1법칙에 가장 적합한 표현은? (, 여기서 Q는 열량, W는 계가 하는 일, U는 내부에너지를 나타낸다.)

정답: $\oint δQ$ = $\oint δW$

> 열역학 제2법칙과 관련된 설명으로 옳지 않은 것은?

    열효율이 100%인 열기관은 없다.

    저온 물체에서 고온 물체로 열은 자연적으로 전달되지 않는다.

     폐쇄계와 그 주변계가 열교환이 일어날 경우 폐쇄계와 주변계 각각의 엔트로피는 모두 상승한다.

    동일한 온도 범위에서 작동되는 가역 열기관은 비가역 열기관보다 열효율이 높다.


2017년3월

> 열역학 제1법칙에 관한 설명으로 거리가 먼 것은?

   열역학적계에 대한 에너지 보존법칙을 나타낸다.

   ②  외부에 어떠한 영향을 남기지 않고 계가 열원으로부터 받은 열을 모두 일로 바꾸는 것은 불가능하다.

   열은 에너지의 한 형태로서 일을 열로 변환하거나 열을 일로 변환하는 것이 가능하다.

   열을 일로 변환하거나 일을 열로 변환할 때, 에너지의 총량은 변하지 않고 일정하다.

정답: ④

2020년 6월

> 다음의 역카르노 사이클에서 등온팽창과정을 나타내는 것 은?

정답: C

> 다음과 같은 카르노사이클에 대한 설명으로 옳은 것은?

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

정답: ①


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?


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%


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 20인 조건에서 실내로부터 3kW의 열을 방출하려 할 때 필요한 에어컨의 최소 통력은 약 몇 kW인가?


2018년 4월

> 어떤 카르노 열기관이 10030사이에서 작동되며 100의 고온에서 100kJ 의 열을 받아 40kJ의 유용한 일을 한다면 이 열기관에 대하여 가장 옳게 설명한 것은?

    열역학 제1법칙에 위배한다.

     열역학 제2법칙에 위배한다.

    ③ 열역학 제1법칙과 제2법칙에 모두 위배되지 않는다.

    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


2017년 8월

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

정답: 등온팽창단열팽창등온압축단열압축


2017년 5월

> Carnot cycle300K240K사이에서 작동하고 있는 냉동기가 있다. 이 냉동기의 성능계수는?

정답: 4

해설: $\frac{240}{300-240}$ = 4


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

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