귀여운 촌아의 작은상자

열역학 4-115.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 4-115

헬륨 기체가 들어 있는 피스톤-실린더 기구가 폴리트로픽 과정으로 압축될 때, 이 과정 동안 열전달량을 구한다.

가정: 피스톤 실린더 기구는 밀폐 및 고정되어 운동 및 위치에너지 변화가 없다. 주어진 과정은 준평형 과정이다.

풀이: 피스톤 실린더 기구 내의 헬륨 기체의 임계점과 기체 상수는 부록의

Molar mass, gas constant, and critical-point properties TABLE A-1

몰 질량, 기체상수 그리고 임계점 특성표 TABLE A-1을 참고하여 아래와 같다.

따라서 주어진 과정에서 헬륨 기체는 임계점보다 온도가 높고, 압력이 낮으므로 이상기체라고 가정할 수 있고,

피스톤-실린더 기구 내부의 헬륨 기체를 계로 선택하면 계는 운동 및 위치에너지 변화와 계의 경계를 통과하는 질량은 없다.

단, 계의 경계를 통과하는 에너지와 경계일이 존재하므로 계의 에너지 평형식은 아래와 같다.

이상기체 상태 방정식을 이용하여 피스톤-실린더 기구 내 헬륨의 질량은 아래와 같이 계산된다.

최종 상태의 체적은 아래와 같이 계산되므로

폴리트로픽 과정에서의 압력-체적 관계식의 지수는 아래와 같이 계산된다.

과정 동안의 경계일은 아래와 같이 구할 수 있다.

이때 헬륨의 비열이 일정하다고 가정하여 과정 동안의 열전달량을 계산하면 다음과 같다.

따라서 헬륨은 압축되는 과정에서 열을 잃는다.

열역학 4-114.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 4-114

R-134a 액체와 기체가 섞여 있는 피스톤-실린더 기구에 증기만 남을 때까지 열이 전달될 때,

최초 체적과, 행한 일, 총 열전달량을 계산한다.

가정: 피스톤 실린더 기구는 밀폐 및 고정되어 있어 운동 및 위치에너지 변화와 마찰이 없다.

주어진 과정은 준평형 과정이다.

풀이: 피스톤 실린더 기구 내부의 R-134a를 계로 선택하면 계의 경계를 통해 R-134a로 전달되는 열만 있는 정압 팽창 과정이다.

따라서 주어진 계의 에너지 평형식은 아래와 같다.

처음 피스톤-실린더 기구 안에는 총 질량의 75%가 액체이므로 포화액-증기 혼합 상태이며 건도가 아래와 같다.

따라서 부록의 Saturated regfrigerant-134a-Pressure table TABLE A-12 압력에 대한 포화 R-134a 표 TABLE A-12를 참고하여

비체적과 엔탈피는 아래와 같고,

(a) 최초 체적은 아래와 같이 계산된다.

이제 피스톤-실린더 기구에 증기만 남을 때까지 열이 전달되므로 R-134a의 최종 상태는 포화 증기 상태이다.

그러므로 최종 상태에서의 R-134a의 체적은 아래와 같다.

(b) 그러므로 행해진 일은 아래와 같이 계산된다.

이때 처음과 최종 상태의 엔탈피는 아래와 같으므로

(c) 과정동안 R-134a로 전달된 총 열량은 아래와 같이 계산된다.

열역학 4-113.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 4-113

전기 저항이 내부에 설치된 피스톤-실린더 기구에 포화증기가 들어 있고 전원이 공급되어 가열될 때,

전기 저항에 공급된 전류를 계산하고 T-v 선도에 과정을 나타낸다.

가정: 피스톤-실린더 기구는 밀폐되어 있고 마찰은 없다. 또한 고정되어 있으므로 운동 및 위치에너지 변화는 없다고 가정한다.

전기 저항기에서 발생한 열은 포화 증기에 균일하고 일정하게 전달된다. 전기 저항기에 공급되는 전류는 일정하다.

문제에 주어진 과정은 준평형 과정이다.

풀이: 피스톤 실린더 기구 내의 R-134a는 포화 증기 상태이므로 부록의 Saturated regrigerant-134a-Pressure table TABLE A-12

압력에 대한 포화 R-134a 표 TABLE A-12을 참고하여 처음 온도인 포화 온도 및 비체적, 엔탈피는 다음과 같다.

피스톤 실린더 내부를 계로 선택하면 계의 경계를 통과하는 에너지와 팽창일만 존재하는 정압 팽창과정이다.

따라서 계의 에너지 평형식은 다음과 같다.

최종 상태에서의 R-134a는 포화 증기에서 가열되었으므로 과열 증기 상태이다.

이때 온도는 아래와 같이 주어져 있고 압력은 일정하므로

부록의 Superheated regrigerant-134a TABLE A-13 과열 R-134a 증기표 TABLE A-13을 참고하여

비체적과 엔탈피는 다음과 같다.

따라서 전기 저항 가열기를 통해 R-134a에 공급된 에너지는 다음과 같이 계산된다.

그러므로 6분 동안 전기 저항 가열기에 공급된 전류는 아래와 같이 계산된다.