귀여운 촌아의 작은상자

열역학 4-17.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 4-17

질소가 들어있는 피스톤-실린더 기구가 폴리트로픽 과정으로 압축될 때, 이 과정 동안 투입된 일을 계산한다.

가정: 주어진 과정은 준평형 과정이다.

풀이: 부록의 몰 질량, 기체 상수와 임계점 특성표 TABLE A-1을 참고하면 질소의 기체상수와 임계 온도, 임계 압력은 다음과 같다.

주어진 질소는 임계점에 비해 온도가 높고, 압력이 낮으므로 이상기체로 가정한다.

이때 압력과 체적의 관계식이 주어져 있으므로 적분을 이용하면 경계일은 다음과 같고

이상기체 방정식을 이용하여 다음과 같이 계산된다.

열역학 4-12.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 4-12

등온 과정으로 천천히 압축되는 질소에 대한 일을 구한다.

가정: 주어진 과정은 준평형 과정이며, 순수한 질소에 대해서만 고려한다. 

풀이: 부록의 몰 질량, 기체 상수와 임계점 특성표 TABLE A-1을 참고하면 질소의 임계 온도, 임계 압력은 다음과 같다.

따라서 처음과 나중의 환산 온도, 환산 압력으로 압축성 인자를 구하면 다음과 같고,

주어진 과정에서 질소는 이상기체라고 할 수 있다. 또한 질소는 온도가 일정하게 유지되는 등온 과정으로

이상기체 방정식에 의해 압력과 체적의 관계식은 다음과 같다.

그러므로 이 과정 동안 이상기체인 질소의 경계일은 다음과 같다.

즉, 질소 기체로 투입된 일은 50.22kJ이다.

열역학 4-11.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 4-11

피스톤-실린더 기구 내의 공기가 일정 압력까지 일정한 온도를 유지하며 압축될 때, 이 과정 동안 투입한 일을 구한다.

가정: 피스톤-실린더 기구는 마찰이 없으며 공기의 온도는 일정하다. 피스톤-실린더 기구는 잘 밀폐되어 있다. 주어진 과정은 준평형 과정 이다.

풀이: 먼저 부록의 몰 질량, 기체 상수와 임계점 특성표 TABLE A-1을 참고하면 공기의 기체 상수와 임계 온도, 임계 압력은 다음과 같다.

따라서 처음과 나중의 환산 온도, 환산 압력으로 압축성 인자를 구하면 다음과 같고,

주어진 과정에서 공기는 이상기체로 간주할 수 있다. 또한 공기는 온도가 일정하게 유지되고, 이상 기체이므로 압력과 체적의 관계식은 다음과 같고,

이 과정 동안 이상기체 공기의 경계일은 다음과 같다.

즉, 피스톤-실린더 기구로 투입된 일은 272kJ이다.

열역학 3-33.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

문제 3-33

물 H2O에 대한 내부에너지 Internal energy와 상태, 상태량을 구한다.

풀이: 부록 TABLE A-5의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table을 참고하면

주어진 압력에 대한 포화액과 포화증기의 내부에너지는 다음과 같고,

주어진 내부에너지는 포화액과 포화증기의 내부에너지 사이에 있는 값이므로 포화 액-증기 혼합 상태이다.

따라서 온도는 포화온도가 되며, 부록 TABLE A-5의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table을 참고하여 다음과 같다.

문제에 주어진 물은 포화증기 상태이므로 부록 TABLE A-4의 온도에 대한 포화 물 표 Saturated water-Temperature table을 참고하면

주어진 온도에 대한 포화압력과 내부에너지는 다음과 같다.

상태이므로 부록 TABLE A-4의 온도에 대한 포화 물 표 Saturated water-Temperature table을 참고하면

주어진 온도에 대한 포화압력은 다음과 같고,

주어진 압력은 포화압력보다 높으므로 압축액 상태이다.

부록의 TABLE-7의 물에 대한 압축액 Compressed liquid water 표에 주어진 압력보다 낮고,

내부에너지는 압력의 영향을 크게 받지 않으므로 포화액으로 근사하여 내부에너지를 구한다.

부록 TABLE A-5의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table을 참고하면

주어진 압력에 대한 포화증기의 내부에너지는 다음과 같고,

문제에 주어진 내부에너지는 포화증기의 내부에너지보다 크므로 과열증기 상태라고 할 수 있다.

따라서 TABLE A-6의 과열 수증기 Superheated water 표를 참고하면 주어진 압력과 내부에너지에서 온도는 다음과 같다.

'

표에 주어진 두 상태량 사이는 선형으로 가정하여 온도를 계산하면 다음과 같다.

열역학 3-32.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

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-부준홍 김덕줄 김세웅 김수현 신세현 이교우 정우남 최경민 공역

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문제 3-32

물 H2O에 대한 비체적 Specific volume과 상태, 상태량을 구한다.

풀이: 부록 TABLE A-4의 온도에 대한 포화 물 표 Saturated water-Temperature table을 참고하면

주어진 온도에 대한 포화액과 포화증기의 비체적은 다음과 같다.

문제에 주어진 비체적은 두 상태량 사이의 값이므로 포화 액-증기 혼합 상태이다. 따라서 포화압력은 다음과 같다.

포화액의 상태로 주어져 있으므로 부록 TABLE A-5의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table을 참고하면

주어진 압력에 대한 포화온도와 비체적은 다음과 같다.

부록 TABLE A-4의 온도에 대한 포화 물 표 Saturated water-Temperature table을 참고하면

주어진 온도에 대한 포화압력은 다음과 같고,

문제에 주어진 압력이 포화압력보다 높으므로 압축액 상태이며, 포화액으로 근사화하여 비체적은 다음과 같다.

부록 TABLE A-4의 온도에 대한 포화 물 표 Saturated water-Temperature table을 참고하면

주어진 온도는 포화 물 표를 벗어나며 TABLE A-6의 과열 증기 Superheated water 표를 참고하여

온도 500℃, 비체적 0.14m3/kg에서 압력을 찾으면 다음과 같다.

열역학 3-30.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

Fundamentals and Applications

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-Michael A. Boles

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McGraw-Hill

문제 3-30

R-134a에 대한 내부에너지 및 상태, 상태량을 구한다.

풀이: 부록의 온도에 대한 포화 R-134a Saturated refrigerant-134a-Temperature table 표 TABLE A-11를 참고하면

20℃에 대한 포화액과 포화증기의 내부에너지는 다음과 같다.

문제에 주어진 내부에너지는 포화액과 포화증기의 내부에너지 값의 사이에 값이므로 포화 액-증기 혼합물 상태이다.

그러므로 포화압력은 다음과 같다.

주어진 상태는 포화액 상태이므로 부록의

온도에 대한 포화 R-134a Saturated refrigerant-134a-Temperature table 표 TABLE A-11를 참고하면

-12℃에 대한 포화압력과 내부에너지는 다음과 같다.

부록의 압력에 대한 포화 R-134a Saturated refrigerant-134a-Pressure table 표 TABLE A-12를 참고하면

400kPa에 대한 포화증기의 내부에너지는 다음과 같고,

문제에 주어진 내부에너지는 포화증기의 내부에너지보다 크므로 과열증기 상태이다.

따라서 부록의 R-134a 과열증기 Superheated refrigerant-134a 표에 주어진 값은 다음과 같고,

두 상태량 사이는 선형으로 가정하여 문제에 주어진 내부에너지와 압력에서 과열증기의 온도는 다음과 같다.

부록의 온도에 대한 포화 R-134a Saturated refrigerant-134a-Temperature table 표 TABLE A-11를 참고하면

8℃에 대한 포화압력은 다음과 같다.

문제에 주어진 압력은 포화압력보다 높으므로 압축액 상태이다. 문제에 주어진 압력은 비교적 매우 높이 않으며,

내부에너지는 압력에 큰 영향을 받지 않으므로 포화액으로 근사할 수 있다. 따라서 압축액의 내부에너지는 다음과 같다.