귀여운 촌아의 작은상자

열역학 4-118.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

문제 4-118

전기 저항 가열기로 물을 온도를 상승시키는데 걸리는 시간을 구한다.

가정: 물의 질량 및 밀도, 비열 등의 상태량은 일정하며, 전기 저항 가열기에서 발생된 열은 모두 물로 전달되며

물의 열손실은 없다고 가정한다.

풀이: 전기 저항 가열기에 의해 가열되는 물 전체를 계로 선택하면 계의 경계를 통과하는 질량 및 운동에너지와 위치에너지 변화는 없다. 

물의 밀도는 일정하므로 경계일 또한 없으므로 에너지 평형식은 다음과 같다.

물의 비열은 일정하므로 전기 저항 가열기에서 물로 전달된 열량은 다음과 같다.

그러므로 물을 가열하는데 걸리는 시간은 아래와 같이 계산된다.

열역학 4-117.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

문제 4-117

물이 들어 있는 유리 용기에 낮 동안에 태양 에너지를 저장하여 난방을 하는 태양열 집이 외부로의 열손실이 일정한 겨울 밤에

일정한 온도를 유지하기 위하여 추가로 전기 가열기를 작동하는 시간을 계산한다.

가정: 태양열 집의 겨울 밤 동안에 열손실률은 일정하다. 유리 용기에 들어있는 물의 비열 및 밀도는 일정하고 균일하다.

태양열 집은 유리 용기에 저장된 에너지와 예비 전기 가열기 외에 공급되는 에너지는 없다고 가정한다.

풀이: 겨울 밤에 태양열 집이 손실되는 열손실량은 아래와 같고

유리 용기 내부의 물에 저장되어 있는 열량은 아래와 같다.

따라서 밤 동안 자동 온도 제어 장치가 부착된 예비 전기 가열기로 충당 해야하는 열량은 다음과 같다.

(a) 그러므로 밤 동안 전기 가열기가 가동되는 시간은 아래와 같다.

(b) 태양 난방 시설이 없는 경우 전기 가열기가 가동되는 시간은 다음과 같이 계산된다.

열역학 4-116.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

문제 4-116

동일한 질량 및 상태의 이상기체가 피스톤-실린더 기구와 견고한 용기에 들어 있을 때,

양쪽 계의 온도를 동일하게 올리기 위해 전달해야하는 열을 구한다.

가정: 피스톤-실린더 기구와 견고한 용기는 밀폐 및 고정되어 운동에너지와 위치에너지 변화가 없다.

피스톤-실린더 기구와 견고한 용기로의 열전달은 고려하지 않으며 모든 과정은 준평형 과정이다.

풀이: 피스톤-실린더 용기를 A, 견고한 용기를 B라고 하고 각 내부의 이상기체를 계로 선택하면

피스톤 실린더 기구에서만 경계일이 존재하고 경계를 통과하는 질량이 없다. 따라서 각각의 계에 대한 에너지 평형식은 다음과 같다.

이때 실린더 내부와 용기 내의 이상기체가 비열이 일정하다고 가정하면 아래와 같고,

이상기체의 정압비열과 정적비열 사이의 관계는 다음과 같으므로

실린더 내의 기체에 추가로 전달해야 할 열은 아래와 같다.

그러므로 피스톤-실린더 기체에 추가로 전달해야 할 열은 다음과 같이 계산된다.