열역학 Thermodynamics 5th Edition 연습문제 4-33

열역학 4-33.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 4-33

피스톤-실린더 기구에 들어 있는 물이 일정한 압력을 유지하면서 물에 에너지가 전달될 때,

물의 최종 온도와 T-v 선도에 과정을 나타낸다.

가정: 피스톤-실린더 기구는 잘 밀폐되어 있고, 고정되어 있으며 마찰 및 열전달은 없으며

피스톤의 위치에너지 및 운동에너지 변화는 고려하지 않는다.

피스톤-실린더 기구 내에는 순수한 물만 들어 있다.

주어진 과정은 준평형 과정으로 가정한다.

풀이: 피스톤-실린더 기구 내의 물을 계로 선택하면 계 전체의 운동 및 위치에너지 변화는 없다.

따라서 계의 에너지 변화는 내부에너지 변화만 있으며, 계의 경계를 통과하는 질량은 없고,

피스톤은 에너지가 물로 전달되면서 상승한다고 가정할 때 움직이는 경계를 가지고 있으므로

계에서 외부로의 경계일이 존재한다. 따라서 에너지 평형은 다음과 같다.

이때 과정동안 압력은 일정하고 준평형 과정이므로 에너지 평형식은 다음과 같다.

최초 상태의 물은 부록의 압력에 대한 포화 물 표 TABLE A-5

Saturated water-Pressure table TABLE A-5를 참고하면 주어진 압력에 대한 비체적은 다음과 같으므로

과열증기 상태임을 알 수 있다.

따라서 과열 수증기 표 TABLE A-6 Superheated water TABLE A-6을 참고하거나 EES를 이용하여 처음 온도와 엔탈피는 다음과 같다.

그러므로 에너지 평형식에 대입하여 최종 상태의 엔탈피를 계산하면 다음과 같다.

피스톤-실린더 기구는 압력이 일정하게 유지되므로 최종 상태의 압력 및 엔탈피를

과열 수증기 표 TBALE A-5 또는 EES를 이용하여 최종 온도와 비체적을 구하면 아래와 같다.

이 과정을 EES를 이용하여 T-v 선도에 나타내면 다음과 같다.