열역학 Thermodynamics 5th Edition 연습문제 4-123
나의 풀이/열역학 2017. 11. 5. 05:11 |
열역학 4-123.docx열역학 Thermodynamics 5th Edition.
Fundamentals and Applications
-Yunus A. Cengel
-Michael A. Boles
-부준홍 김덕줄 김세웅 김수현 신세현 이교우 정우남 최경민 공역
McGraw-Hill
문제 4-123
미지근한 물이 들어 있는 유리잔에 차가운 얼음 또는 물을 넣어 냉각시킬 때, 필요한 얼음 또는 물의 양을 계산한다.
가정: 유리잔의 물과 차가운 얼음 또는 차가운 물의 외부로의 열손실과 물의 증발은 고려하지 않는다.
물과 얼음의 비열, 그리고 대기압은 일정하다.
풀이: 냉각되는 미지근 물의 질량은 아래와 같으며
유리잔 안의 미지근한 물과 얼음 또는 차가운 물 전체를 계로 선택하면 외부로의 열전달과 질량 유량, 경계일 등이 없다.
따라서 에너지 평형은 다음과 같다.
이때 물과 얼음의 비열은 일정하고 최종 온도가 대기압 하에서 5℃이므로 얼음이 아닌 물만 존재하는 상태이다.
따라서 냉각을 위해 얼음을 넣는다면 얼음에서 물로 상변화 또한 존재하므로 위 식은 아래와 같다.
(a) 물과 얼음의 비열을 부록의 TABLE A-3 Properties of common liquids, solids, and foods를 참고하여
위 식에 각각 값을 대입하고 계산하면 0℃ 얼음을 넣을 때 필요한 양은 다음과 같다.
(b) 얼음의 온도가 -8℃일 때 필요한 얼음의 양은 다음과 같이 계산된다.
만약 얼음이 아닌 0℃의 물을 넣는다면 얼음에 대한 열전달이 없으므로 다음과 같이 계산된다.
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