열역학 2-14.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 2-14


엘리베이터에 의해 가방에 저장된 에너지의 양을 계산한다.

풀이: 엘리베이터는 수직 상승하므로 가방에 저장될 수 있는 에너지 형태는 위치에너지이다.
따라서 가방에 저장된 위치에너지의 양은 다음과 같다.

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열역학 Thermodynamics 5th Edition.

Fundamentals and Applications

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문제 2-13


일정한 유량이 흐르는 강물에 댐을 건설하여 높이 차가 발생할 때 생산 가능한 전력을 계산한다.

가정: 강물의 유량과 댐으로 인한 높이 차는 일정하게 유지된다.
전력 생산 설치 출구의 물의 역학적 에너지는 무시할 만큼 작다고 가정한다.
강물의 밀도는 일정하고 균일하다고 가정한다.

풀이: 댐에 가두어진 물을 이용해서 발전기 설비로 전환할 수 있는 역학적 에너지는 위치에너지뿐이다.
따라서 댐에 가둬진 물의 단위 질량당 역학적 에너지는 다음과 같다.


주어진 유량에서 강물의 질량 유량은 다음과 같다.

그러므로 전력 생산 용량은 다음과 같다.


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열역학 Thermodynamics 5th Edition.

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문제 2-12


조건이 다른 두 지점의 풍력 발전 후보지 중 더 나은 후보지를 선택한다.

가정: 바람은 풍력 터빈 발전기의 날개에 수직하며 일정하고 균일하게 불고 있다고 가정한다.
주어진 바람이 일정하게 불어오는 시간 외의 풍력 발전은 고려하지 않는다.

풀이: 바람을 이용해서 풍력 터빈 발전기에서 전환할 수 있는 역학적 에너지는 운동에너지뿐이다.
따라서 각 후보지에 대한 공기의 단위 질량당 역학적 에너지는 다음과 같다.


이때 풍력 터빈 날개를 통과하는 단위 면적에 대한 질량 유량은 다음과 같다.

따라서 각각의 전력 생산 용량은 다음과 같다.

그러므로 연간 풍력 발전 용량을 고려해보면 다음과 같다.

즉, 두 번째 후보지가 연간 바람이 일정하게 부는 시간이 적지만 풍력 발전 용량을 가진다.


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문제 2-11


물 제트를 이용하여 수차를 돌릴 때, 이 물 제트의 전력 생산 용량을 구한다.

가정: 물 제트의 유량과 속도는 일정하고 균일하다.

풀이: 물 제트로 수차를 이용해서 전환할 수 있는 역학적 에너지는 운동에너지뿐이다.
따라서 물 제트의 단위 질량당 역학적 에너지는 다음과 같다.


그러므로 전력 생산 용량은 다음과 같다.


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문제 2-10


일정한 속도로 바람이 부는 지점의 공기 단위 질량당 역학적 에너지와 풍력터빈에서 전력 생산 용량을 결정한다.

가정: 바람은 풍력 터빈 발전기의 날개에 수직하며 일정하고 균일하게 불고 있다고 가정한다. 공기의 밀도는 일정하고 균일하다.

풀이: 바람을 이용해서 풍력 터빈 발전기에서 전환할 수 있는 역학적 에너지는 운동에너지뿐이다.
따라서 공기의 단위 질량당 역학적 에너지는 다음과 같다.


이때 풍력 터빈 날개를 통과하는 공기의 질량 유량은 다음과 같다.

그러므로 전력 생산 용량은 다음과 같다.

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문제 2-9


저수지 아래의 수력 터빈-발전기 시스템을 설치할 때 전력 생산 용량을 결정한다.

가정: 저수지 수면의 높이는 일정하게 유지되며, 수력 터빈-발전기 시스템을 통과한 물의 역학적 에너지는 매우 작다고 가정한다.

풀이: 저수지의 물은 흐르지 않고 있으므로 터빈-발전기 시스템으로 전환할 수 있는 에너지는 위치에너지뿐이다.
따라서 저수지 물의 단위 질량당 역학적 에너지는 다음과 같다.


따라서 최대 전력 생산량은 다음과 같다.


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문제 2-8


특정 높이에서 호수로 일정한 속도로 흘러 들어가는 강물의 역학적 에너지와 전력생산 능력을 구한다.

가정: 강물이 흘러내려오는 높이와 평균속도, 호수 수면의 높이는 일정하다. 전력 생산 후 호수로 흘러 들어가는 물의 유속은 매우 느리다고 가정한다.
물의 밀도와 중력 가속도는 일정하고 균일하다.

풀이: 주어진 조건에서 전력 생산 설비 출구에서의 강물의 역학적 에너지는 무시할 수 있다. 따라서 강물의 단위 질량당 역학적 에너지는 다음과 같다.


물의 밀도는 일정하므로 강물의 질량 유량은 다음과 같다.

따라서 강물의 최대 전력 생산 능력은 다음과 같다.


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문제 1-117


주어진 섭씨 온도 눈금을 다른 온도 단위 눈금으로 변환한다.

풀이: 주어진 섭씨 온도 증가량은 다음과 같이 변환할 수 있다.


따라서 주어진 섭씨 온도 증가량의 단위 변환은 다음과 같다.

그러므로 (d) 이다.


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문제 1-116


영국 단위의 질량 1lbm의 중량을 계산한다.

풀이: 영국 단위의 중력 가속도와 질량, 중량에 대한 단위 변환은 다음과 같다.


따라서 1lbm에 대한 중량은 다음과 같다.

그러므로 (a) 이다.


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