열역학 1: 연습 문제와 시험 문제

열역학 제1법칙, 이상 기체, 에너지 수지, 그리고 열기관·냉동기·열펌프에 대한 제2법칙의 한계. 시험 실수의 대부분은 물리가 아니라 단위와 온도에서 나옵니다.

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이 강의의 주제

열역학 1 시험 팁

기체 법칙과 모든 카르노 공식 및 COP 공식에는 절대 온도(K)를 쓰세요.
먼저 에너지 수지를 말로 써 보세요. 들어오는 것에서 나가는 것을 빼면 변화량입니다.
같은 두 온도 사이에서 열펌프의 COP는 냉동기의 COP보다 항상 정확히 1 큽니다.

예제 풀이

이상 기체 법칙쉬움

강체 탱크에 이상 기체가 들어 있다. 압력 P을(를) 구하시오.

n = 5 molV = 15 LT = 30 °CR = 8.314 J/(mol·K)

구하는 값: P (kPa)

힌트 보기

절대 온도(K)로 PV = nRT를 사용합니다.
단위: V를 m³, R = 8.314로 하면 P는 Pa입니다. 1 L = 0.001 m³.
T = 303.1 K.

정답과 단계별 풀이 보기

이상 기체 법칙: PV = nRT. 절대 온도(K)와 R에 맞는 단위를 씁니다.

단위 변환

T = 30 + 273.15 = 303.1 K

V = 15 L = 0.015 m³

이상 기체 법칙

P = nRT/V = 5·8.314·303.1/0.015 = 840130 Pa = 840.1 kPa

답

P = 840.1 kPa

에너지 수지보통

뜨거운 글리콜 혼합액이(가) 열손실 없는 대향류 열교환기에서 물을 냉각한다. 물의 출구 온도 t_out을(를) 구하시오.

ṁ_h = 1 kg/sc_p,h = 3.6 kJ/(kg·K)T_h: 150 → 120 °Cṁ_c = 1 kg/sc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)t_in = 15 °C

구하는 값: t_out (°C)

힌트 보기

고온 흐름이 잃은 열은 저온 흐름이 얻은 열과 같습니다.
두 온도를 모두 아는 고온측에서 먼저 Q를 구하세요.
Q = 108 kW.

정답과 단계별 풀이 보기

열교환기 에너지 수지: 손실이 없으면 ṁ_hc_p,h(T_h,in − T_h,out) = ṁ_cc_p,c(t_out − t_in).

고온 흐름이 내놓은 열

Q = 1·3.6·(150 − 120) = 108 kW

물이 받은 열

t_out = t_in + Q/(ṁ_cc_p,c) = 15 + 108/(1·4.18) = 40.84 °C

답

t_out = 40.84 °C

연습 방법

“이 강의 연습하기”는 실제 시험처럼 모든 주제의 문제를 섞어서 냅니다.
문제마다 값이 새로 바뀌므로 답이 아니라 푸는 방법을 익히게 됩니다.
막혔나요? 먼저 작은 힌트를 열고, 필요할 때만 전체 해설을 보세요.
모의고사는 제한 시간이 있고 힌트가 없으며, 끝나면 점수와 함께 전체 풀이를 검토할 수 있습니다.

이 강의의 계산기

카르노 효율 및 COP 계산기 이상 기체 법칙 계산기 오토 및 브레이턴 사이클 효율 계산기 결합 기체 법칙 계산기(보일, 샤를, 게이뤼삭)