귀여운 촌아의 작은상자

열역학 4-118.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 4-118

전기 저항 가열기로 물을 온도를 상승시키는데 걸리는 시간을 구한다.

가정: 물의 질량 및 밀도, 비열 등의 상태량은 일정하며, 전기 저항 가열기에서 발생된 열은 모두 물로 전달되며

물의 열손실은 없다고 가정한다.

풀이: 전기 저항 가열기에 의해 가열되는 물 전체를 계로 선택하면 계의 경계를 통과하는 질량 및 운동에너지와 위치에너지 변화는 없다. 

물의 밀도는 일정하므로 경계일 또한 없으므로 에너지 평형식은 다음과 같다.

물의 비열은 일정하므로 전기 저항 가열기에서 물로 전달된 열량은 다음과 같다.

그러므로 물을 가열하는데 걸리는 시간은 아래와 같이 계산된다.

열역학 4-86.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 4-86

전기 저항 가열기와 세 쌍의 사람들이 춤 추고 있는 동일한 방 중 공기 온도가 더 빨리 상승하는 방은 어느 방인가?

가정: 전기 저항 가열기와 사람들에게서 공기로 전달되는 열전달률은 일정하고 균일하다.

방 안의 공기의 질량 및 상태량은 동일하며, 공기의 상태량은 균일하고 일정하다.

방은 단열되어 있으며 전기 저항 가열기와 사람들에게서 전달되는 열은 모두 공기로 전달된다고 가정한다.

풀이: 빠르게 춤을 추고 있는 사람 한 명이 실내로 전달하는 열전달률은 교재의 특별 관심 주제에 있는

표 4-2 몸무게가 68kg인 성인의 활동에 따른 대략적 에너지 소비율을 참고하여 아래와 같다고 가정한다.

따라서 세 쌍의 사람들, 즉, 6명의 사람이 실내 공기에 전달하는 열전달률은 다음과 같으므로

2kW의 전기 저항 가열기보다 사람들이 빠르게 춤을 추고 있는 방의 공기 온도가 더 빨리 증가한다.

열역학 4-63.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 4-63

단열된 피스톤-실린더 기구에 들어 있는 이산화탄소가 일정한 압력 하에서 전기 저항 가열기에 의해서 가열될 때,

전기 저항 가열기를 통과하는 전류를 계산한다.

가정: 피스톤-실린더 기구는 밀폐 및 단열되어 있고, 고정되어 있다. 피스톤의 운동 및 위치에너지 변화는 없으며,

주어진 과정은 내부 압력이 일정한 정압 준평형 과정이다. 전기 저항 가열기로 전달되는 전기에너지는 모두 열 에너지로 전환되며,

열 에너지는 일정하고 균일하게 이산화탄소에 전달된다.

풀이: 피스톤-실린더 기구 내의 이산화탄소를 계로 선택하면 운동 및 위치에너지 변화는 없고, 계의 경계를 통과하는 질량은 없다. 

주어진 과정은 정압 준평형 과정이며 계의 경계를 통과하는 에너지는 전기에너지만 존재하므로 에너지 평형은 다음과 같다.

이때 주어진 과정은 정압과정이므로 총 내부에너지와 경계일 사이의 관계식은 다음과 같으므로

에너지 평형식은 다음과 같다.

또한 피스톤-실린더 기구 내의 이산화탄소를 이상기체라고 가정할 때, 처음과 나중 상태의 온도는 다음과 같이 계산되며,

이산화탄소의 기체상수를 부록의 TABLE A-1을 참고하고, 이상기체 방정식을 이용하여 질량을 계산하면 다음과 같다.

이산화탄소의 몰 질량은 TABLE A-1을 참고하여 아래와 같으므로

부록의 이산화탄소에 대한 이상기체 특성표 TABLE A-20 Ideal-gas properties of carbon dioxide TABLE-A-20를 참고하면

처음과 나중 온도에서의 엔탈피는 다음과 같다.

그러므로 과정 동안 전달된 전기 에너지는 다음과 같이 계산된다.

그러므로 과정 동안 전기 저항 가열기를 통과하는 전류는 다음과 같이 계산된다.