열역학 Thermodynamics 5th Edition 연습문제 4-57

열역학 4-57.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

Fundamentals and Applications

-Yunus A. Cengel

-Michael A. Boles

-부준홍 김덕줄 김세웅 김수현 신세현 이교우 정우남 최경민 공역

McGraw-Hill

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문제 4-57

산소가 들어 있는 용기 안에 설치된 회전 날개가 일정 내부 압력에 도달할 때까지 작동할 때, 회전 날개가 한 일을 계산한다.

가정: 용기는 고정 및 밀폐되어 있다. 용기 내에는 순수한 산소만 들어 있다.

회전 날개에 저장된 에너지는 무시하며 회전 날개가 한 일은 모두 산소에 전달된다.

풀이: 용기 속의 산소를 모두 계로 선택하면 용기는 고정되어 있으므로 계의 운동 및 위치에너지 변화는 없으며

계의 경계를 통과하는 질량은 없고, 체적이 일정하므로 경계일 또한 없다. 따라서 계의 에너지 평형식은 다음과 같다.

이때 부록의 몰 질량, 기체 상수와 임계점 특성 표 TABLE A-1을 참고하면

주어진 산소의 압력과 온도는 임계점에 비해 압력은 매우 낮고 온도는 높으므로 이상기체로 간주 할 수 있으며, 기체 상수는 다음과 같다.

이상기체 방정식을 이용하면 최종 상태에서 온도는 다음과 같이 계산되며,

방 안 공기의 질량은 다음과 같이 계산된다.

이때 산소의 비열이 평균 온도에서의 정적 비열로 일정하다고 가정하면 에너지 평형식은 다음과 같다.

부록의 여러 일반 기체의 이상기체 비열 표 TABLE A-2의 (b) 온도에 따른 비열값 표를 참고하면 평균 온도에서 정적 비열은 다음과 같으므로

회전 날개가 한 일은 다음과 같이 계산된다.