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공학 문제해결/열역학

【열역학】 정압과정의 절대일, 공업일, 엔트로피 예제 풀이

안녕하세요. 이번 포스팅에서는 열역학에서 정압과정에서의 절대일, 공업일, 엔트로피를 구해보겠습니다.


1. 문제설명

(사진 속 주소는 제가 이전에 관리하던 블로그의 주소입니다.)

이번 예제는 2017년도 2회차 일반기계기사 기출문제인 2과목 열역학, 25번 문제입니다.


문제에서, 압력, 체적과 정압과정의 일을 주어주고 변화 후 체적을 묻고 있습니다.


이때, '400kJ의 일을 하였다'라고 함은 '+W'을 뜻합니다. 컨트롤볼륨 (control volume : CV) 내의 유체가 밖으로 일을 하였을 경우에는 +W이고, 계가 일을 받았을 경우에는 -W 입니다. +와 -를 잘 구분해주셔야 합니다. 이번 예제에서는 특별한 구분 없이도 문제풀이가 가능할 정도로 쉬운 경우입니다.


2. 용어 및 개념

- 압력 = P = 10^6 [N/m^2]

- 초기 체적 = V1 = 1 [m^3]

- 일을 함 = +W = 400 [kJ]

- 정압과정 = 등압과정


출처 - 위키백과



예제 풀이과정

3. 문제풀이


①번에서 우선, 정압과정의 절대일은 W = PdV = PΔV 입니다.


②번에서 문제풀이를 보시면, 절대일을 구하는 공식에 문제에서 주어진 P, V1을 대입하는 걸 보실 수가 있습니다. 각각의 값을 대입해주게되면 V2 = V1 + ΔV 로 구할 수 있습니다. 단위는 m^3 입니다.



4. 추가 개념 (정압과정)

- 정압과정 관련한 추가 개념

- 공업일 = Wp

- 질량 = m

- 정압비열 = Cp

- 엔트로피 변화량 = ΔS

- 폴리트로픽 n

- 온도 = T



③ 추가적으로 정압과정에서 알아둬야할 개념들입니다.


우선, 절대일과는 다르게 공업일은 정압과정에서는 "0"입니다.


그리고 엔트로피를 구하고, 폴리트로픽 n=0 입니다.


마지막으로, 열역학을 배우게 되면 제일 초반에 배우게 되는 샤를의 법칙도 적용 가능합니다.

모두 문제유형에 따라 다른 걸 물어볼 수 있으므로 이번 포스팅에 적힌 개념들은 필히 암기해주셔야 합니다.