이상기체가 들어있는 견고한 용기의 밸브를 통해 이상기체 절반의 질량이 빠져나갈 때, 최종 온도를 계산한다.
가정: 용기의 체적은 일정하고, 용기 내의 기체는 항상 이상기체 이다.
풀이: 용기의 체적은 일정하고 용기 내의 기체 질량의 반이 빠져나갔음으로 처음과 최종 상태의 비체적은 아래와 같고,
이상기체 방정식을 이용하면 최종 온도는 다음과 같이 계산된다.
그러므로 최종 온도는 (a) 이다.
문제 3-130
자동차 운행 후 타이어 내의 압력이 달라 졌을 때, 이를 이용하여 운행 후 타이어 내 공기의 온도를 계산한다.
가정: 타이어 내의 체적과 공기의 질량은 일정하고, 타이어 내의 공기는 항상 이상기체로 가정한다.
주어진 대기압은 일정하고 여행 전, 후 모두 같다.
풀이: 이상기체 상태 방정식을 이용하면 여행 후 타이어 내 공기의 온도는 다음과 같다.
그러므로 여행 후 타이어 내 공기의 온도는 (a) 이다.
문제 3-131
포화액-증기 혼합물이 일정 비율의 질량으로 견고한 용기에 채워져 있을 때, 용기 내 총 질량을 계산한다.
가정: 견고한 용기 내부의 체적과 내부 압력은 일정하다.
풀이: 부록에 있는 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table TABLE A-5를 참고하면
주어진 압력에서 포화액과 포화 증기의 비체적은 각각 다음과 같다.
따라서 용기 내 총 질량은 다음과 같이 계산된다.
그러므로 총 질량은 (a)가 된다.
문제 3-132
대기압 하에 있는 커피메이커에서 물이 끓고 있을 때, 물의 증발률을 이용하여 가열기의 동력을 계산한다.
가정: 커피메이커의 동력은 모두 끓는 물로 전달된다. 커피메이커에는 순수한 물만 들어 있으며, 대기압은 일정하고 균일하다고 가정한다.
풀이: 주어진 대기압은 표준 대기압이며 아래와 같고,
압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table TABLE A-5를 참고하면 증발 잠열은 다음과 같다.
이때 1kg의 물 중 절반이 증발했음으로 물에 전달된 열량은 다음과 같다.
그러므로 커피메이커의 동력은 다음과 같이 계산된다.
따라서 가열기의 동력은 (d) 이다.
문제 3-133
가정: 용기 내의 체적, 온도, 물의 질량은 일정하고 균일하다. 용기 내에는 순수한 물만 들어 있다.
풀이: 견고한 용기 내에 물의 비체적은 다음과 같고,
부록의 온도에 대한 포화 물 표 Saturated water-Temperature table TABLE A-4를 참고하여 비체적을 비교하면 아래와 같다.
따라서 용기 내의 물은 포화액-증기 혼합 상태이므로 용기 내의 압력은 포화 압력이 된다.
그러므로 용기 내 압력은 (b) 이다.
문제 3-134
물이 들어 있는 스테인리스 스틸 냄비가 대기압 하에서 끓고 있을 때, 증발률을 이용하여 가열기에서 물로의 열전달률을 계산한다.
가정: 냄비에는 순수한 물만 들어 있으며, 대기에 노출된 채로 끓고 있다. 주어진 대기압은 일정하고 균일하다.
풀이: 주어진 대기압은 표준 대기압이며 아래와 같고,
압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table TABLE A-5를 참고하면 증발 잠열은 아래와 같고,
2kg의 물이 증발되었음으로 물에 전달된 열량은 다음과 같다.
그러므로 물로 전달된 열전달률은 다음과 같이 계산된다.
따라서 열전달률은 (a) 이다.
문제 3-135
해면고도에서 물이 들어 있는 냄비가 가열기 위에서 끓고 있을 때, 물의 증발률을 이용하여 물로의 열전달률을 계산한다.
가정: 냄비에는 순수한 물만 들어 있고, 대기압은 일정하고 균일하다.
냄비 안의 압력은 대기압과 같고, 냄비 전체에 걸쳐 일정하고 균일하다.
풀이: 해면 고도의 대기압은 표준 대기압으로 아래와 같고,
압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table TABLE A-5를 참고하면 증발 잠열은 아래와 같고,
200g의 물이 증발되었음으로 물에 전달된 열량은 다음과 같다.
그러므로 물로 전달된 열전달률은 다음과 같이 계산된다.
따라서 열전달률은 (b) 이다.
문제 3-136
용기 내에 들어 있는 수증기의 질량을 계산한다.
가정: 주어진 용기의 체적은 일정하며, 용기 내의 압력과 온도는 일정하고 균일하다.
풀이: 문제에 주어진 압력을 이용하여 부록의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table TABLE A-5를 참고하면
용기 내의 수증기는 과열증기 상태임을 알 수 있다. 따라서 부록의 과열 수증기 표 Superheated water TABLE A-6을 참고하면
수증기의 비체적은 다음과 같다.
따라서 용기 내 수증기의 질량은 다음과 같이 계산된다.
그러므로 수증기의 질량은 (d) 이다.
문제 3-137
R-134a가 들어 있는 밀봉된 캔이 실온에 있다가 누설되어 대기압까지 내부 압력이 강하할 때, 캔 안의 온도는 몇 도까지 떨어질지 계산한다.
가정: 캔 안에는 순수한 R-134a만 들어 있으며, 캔 안의 온도는 항상 균일하다.
풀이: 부록의 온도에 대한 포화 R-134a 표 Saturated refrigerant-134a-Temperature table TABLE A-11를 참고할 때
주어진 실온과 대기압에서 R-134a는 과열 증기 상태여야 한다.
그러나 처음 상태에서 캔 내부의 온도는 알고 있지만 R-134a의 상태 또는 압력, 비체적에 대해서는 주어져 있지 않기 때문에
처음 R-134a의 상태를 정확히 알 수 없다.
따라서 캔 내부에는 순수한 R-134a만 들어 있고 캔에서 누설되는 R-134a는 기체 상태이며,
처음 캔 내부에는 액체와 기체가 들어 있다고 가정한다.
그러므로 캔 내부는 포화액-증기 혼합 상태이며, 압력에 대한 포화 R-134a 표 Saturated refrigerant-134a-Pressure table TABLE A-12를 참고하면
90kPa에서 포화 온도는 다음과 같다.
열역학 4-5.docx
