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공학 문제해결/열역학

【열역학】 유체 혼합, 온도 묻는 문제풀이

"Just the knowledge that a good book is awaiting one at the end of a long day makes that day happier." - Kathleen Norris

"긴 하루 끝에 좋은 책이 기다리고 있다는 생각만으로 그날은 더 행복해진다." - 캐슬린 노리스


안녕하세요. 이번 포스팅에서는 2개의 액체를 혼합하면 최종 온도가 어떻게 되는지 물어보는 간단한 문제입니다. 아래 문제와 풀이를 보시고 도움이 되었으면 합니다.


[문제] - 일반기계기사 필기 기출문제

온도가 각기 다른 액체 A(50℃), B(25℃), C(10℃)가 있다. A와 B를 동일질량으로 혼합하면 40℃로 되고, A와 C를 동일질량으로 혼합하면 30℃로 된다. B와 C를 동일질량으로 혼합할 때는 몇 ℃로 되겠는가?


[문제풀이]

우선, 문제에서 주어진 조건을 요약해보겠습니다.
① 액체 A(50℃), B(25℃), C(10℃)
② A와 B를 동일질량으로 혼합하면 40℃
③ A와 C를 동일질량으로 혼합하면 30℃
위 조건들의 상황일 때에 B와 C를 혼합할 때의 온도를 구하라는 문제입니다.

문제를 풀기 위해서는 아래의 열역학 법칙 중 하나인 열량의 공식이 사용됩니다.


위 공식을 위 조건 ②, ③에 적용합니다.

[②에 적용]


[③에 적용]


위와 같이 ②, ③에 적용하여 각 액체의 비열(C)을 구하였습니다. 이제 이를 통해서 액체 B와 C를 섞어줍니다.


순차적으로 풀이과정을 적어놓았습니다. 위에서부터 아래로 보시면 풀이과정을 이해하시는 데에 도움이 될 것 같습니다. 액체 B와 C를 섞어주고 위에서 구한 액체들간의 비열을 대입하여 최종온도(Tm)은 16℃로 구할 수 있습니다. 이상!


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