수송기술 제4차 퀴즈 문제지

필요한 관계식과 풀이 과정을 쓰고, 최종 답에 단위를 표시하시오. 압력은 절대압력이며, 운동·위치 에너지 변화와 경계일 이외의 일은 무시한다. 섭씨온도와 절대온도 환산에는 273을 사용한다.

1번

일정량의 이상기체가 초기 상태 300 kPa, 0.4 m³에서 최종 상태 150 kPa, 0.8 m³로 변한다. 경로 A는 압력 300 kPa에서 체적을 0.8 m³까지 늘린 다음, 체적을 유지하며 최종 상태로 이동한다. 경로 B는 체적 0.4 m³에서 압력을 150 kPa까지 낮춘 다음, 압력을 유지하며 최종 상태로 이동한다. 두 경로는 준정적이다.

① 경로 A와 B에서 기체가 한 일을 각각 구하시오.

② 두 경로의 일의 차이를 P–V 선도의 면적과 관련지어 설명하시오.

③ 경로 B 전체에서 기체가 받은 열량을 구하고, 초기·최종 온도와 내부 에너지 변화를 근거로 설명하시오.

2번

견고한 밀폐 용기 안에 이상기체 2 kg이 들어 있다. 초기 온도는 227℃, 초기 압력은 500 kPa이다. 기체를 냉각하였더니 압력이 300 kPa가 되었다. 정적 비열은 0.5 kJ/(kg·K)로 일정하다.

① 냉각 후 온도를 ℃로 구하시오.

② 기체가 한 일을 구하고, 그 근거를 쓰시오.

③ 내부 에너지 변화량을 구하고, 외부와 주고받은 열의 방향과 크기를 쓰시오.

3번

이상기체 0.5 kg이 초기 온도 600 K, 체적 0.4 m³에서 가역 단열 팽창하여 체적이 1.6 m³가 되었다. 비열비는 1.5, 정적 비열은 0.8 kJ/(kg·K)이며 비열은 일정하다.

① 팽창 후 온도를 구하시오.

② 기체가 외부에 한 일을 구하시오.

③ 같은 초기 상태에서 등온 팽창하여 ②와 동일한 일을 하게 하려면, 외부와 어떤 방향으로 얼마의 열을 주고받아야 하는지 쓰시오.

4번

마찰 없는 피스톤–실린더 안의 밀폐된 기체가 압력 250 kPa를 유지하며 체적 0.2 m³에서 0.6 m³로 팽창하였다. 내부 에너지는 160 kJ 증가하였다.

① 기체가 외부에 한 일을 구하시오.

② 기체에 공급된 열량을 구하시오.

③ 같은 초기 상태의 기체를 견고한 밀폐 용기에 넣고 ②와 같은 열량을 공급하였다. 이때 내부 에너지 증가량을 구하고, 피스톤–실린더의 경우와 다른 이유를 설명하시오.