수송기술 제5차 퀴즈 문제지

열역학 제2법칙과 카르노 사이클 · 10문항

각 문항은 관계식·풀이 과정·단위를 포함하여 답을 쓰시오. 절대온도가 필요하면 T(K) = T(℃) + 273으로 계산한다.

1번

어떤 열기관이 고온부에서 600 kJ의 열을 받고, 저온부로 450 kJ의 열을 방출하였다. 이 열기관이 한 일[kJ]과 열효율[%]을 구하시오.

어떤 열기관의 열효율이 35%이고, 고온부에서 받은 열량이 800 kJ이다. 이 열기관이 한 일[kJ]과 저온부로 방출한 열량[kJ]을 구하시오.

어떤 냉동기가 저온부에서 450 kJ의 열을 빼앗고, 이를 위해 150 kJ의 일을 소비하였다. 이 냉동기의 성능계수와 고온부로 방출하는 열량[kJ]을 구하시오.

어떤 열펌프가 고온부에 900 kJ의 열을 공급하기 위해 180 kJ의 일을 소비하였다. 이 열펌프의 성능계수를 구하시오. 또 같은 장치를 냉동기로 쓸 때의 성능계수를 구하시오.

① 어떤 시스템이 400 K에서 가역적으로 1200 J의 열을 받았을 때 엔트로피 변화량[J/K]을 구하시오. ② 다른 시스템이 500 K에서 가역적으로 1500 J의 열을 방출하였을 때 엔트로피 변화량[J/K]을 구하시오.

어떤 열기관의 P-V 선도가 그림과 같이 직사각형 모양으로 나타났다. 높은 압력은 400 kPa, 낮은 압력은 150 kPa이고, 큰 체적은 5 m³, 작은 체적은 2 m³이다. 이 열기관이 한 사이클 동안 외부에 한 순수 일[kJ]을 구하시오.

어떤 열기관의 T-S 선도가 그림과 같이 직사각형 모양으로 나타났다. 고온부 온도는 800 K, 저온부 온도는 500 K이고, 엔트로피 변화 폭은 3 kJ/K이다. 이 열기관이 한 사이클 동안 외부에 한 순수 일[kJ]을 구하시오.

어떤 카르노 열기관의 효율이 60%이고, 고온 열원의 온도가 750 K이다. 저온 열원의 온도[K]를 구하시오.

카르노 열기관의 저온 열원 온도가 57℃이고, 효율이 45%이다. 고온 열원의 온도[℃]를 구하시오. (단, T(K) = T(℃) + 273으로 계산한다.)

카르노 열기관의 고온 열원 온도는 1000 K, 저온 열원 온도는 400 K이다. 저온 열원으로 방출한 열량이 300 kJ일 때, 고온 열원에서 받은 열량[kJ]과 이 열기관이 한 일[kJ]을 구하시오.