수송기술 7주차-제3차 퀴즈 풀이지

총 15문항 · 계산기 사용 없음. 각 문항의 주요 공식, 풀이 과정, 단위를 포함한 최종 답을 쓰시오. 각 문항은 서로 독립적이다. 압력은 절대압력이며, 운동·위치 에너지 변화는 무시한다. 비열은 주어진 범위에서 일정하다.

1번

질량 4 kg인 물질의 내부 에너지가 240 kJ이다. 이 물질의 비내부 에너지를 구하시오.

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주요 공식: u = U/m

u = 240/4 = 60 kJ/kg

정답: 60 kJ/kg

2번

부피가 변하지 않는 밀폐 용기 안의 이상기체를 가열하여 온도가 27℃에서 127℃로 높아졌다. 처음 압력이 150 kPa일 때 나중 압력을 구하시오. 섭씨온도에 273을 더해 절대온도로 환산한다.

2번 정답과 풀이 보기

주요 공식: P₁/T₁ = P₂/T₂

T₁ = 300 K, T₂ = 400 K P₂ = 150 × 400/300 = 200 kPa

정답: 200 kPa

3번

어떤 유체의 비엔탈피는 300 kJ/kg, 비내부 에너지는 240 kJ/kg이다. 압력이 200 kPa일 때 비체적을 구하시오.

3번 정답과 풀이 보기

주요 공식: h = u + Pv

v = (300 − 240)/200 = 0.3 m³/kg

정답: 0.3 m³/kg

4번

질량 출입이 없는 장치가 외부로 80 kJ의 열을 방출하고, 외부로부터 30 kJ의 일을 받았다. 내부 에너지 변화량을 구하시오.

4번 정답과 풀이 보기

주요 공식: ΔU = Q − W

Q = −80 kJ, W = −30 kJ ΔU = −80 − (−30) = −50 kJ

정답: −50 kJ

5번

어떤 이상기체의 기체 상수는 0.4 kJ/(kg·K)이다. 일반 기체 상수를 8 kJ/(kmol·K)로 계산할 때 이 기체의 몰 질량을 구하시오.

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주요 공식: R = Rᵤ/M

M = 8/0.4 = 20 kg/kmol

정답: 20 kg/kmol

6번

밀폐된 이상기체가 온도를 일정하게 유지하면서 팽창하여 외부에 90 kJ의 일을 하였다. 이 과정에서 기체가 받은 열량을 구하시오.

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주요 공식: ΔU = Q − W, 이상기체의 등온 과정에서 ΔU = 0

온도가 일정하므로 ΔU = 0 0 = Q − 90 → Q = 90 kJ

정답: 90 kJ

7번

보일러를 통과하는 유체 3 kg의 비엔탈피가 100 kJ/kg에서 180 kJ/kg으로 증가하였다. 압력 변화는 무시하며 축일은 없다. 유체가 받은 열량을 구하시오.

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주요 공식: Q = m(h₂ − h₁)

Q = 3 × (180 − 100) = 240 kJ

정답: 240 kJ

8번

질량 2 kg인 이상기체의 온도가 300 K에서 450 K로 높아졌다. 정적 비열이 0.4 kJ/(kg·K)일 때 내부 에너지 변화량을 구하시오.

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주요 공식: ΔU = mcᵥ(T₂ − T₁)

ΔU = 2 × 0.4 × (450 − 300) = 120 kJ

정답: 120 kJ

9번

이상기체 2 mol이 온도 300 K, 압력 100 kPa인 상태에 있다. 일반 기체 상수를 8 J/(mol·K)로 계산할 때 체적을 L 단위로 구하시오. 단, 1 kPa·L = 1 J이다.

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주요 공식: PV = nRᵤT

V = (2 × 8 × 300)/100 = 48 L

정답: 48 L

10번

밀폐된 이상기체가 일정한 압력에서 가열되었다. 처음 온도는 300 K, 처음 체적은 0.4 m³이고, 나중 온도는 450 K이다. 나중 체적을 구하시오.

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주요 공식: V₁/T₁ = V₂/T₂

V₂ = 0.4 × 450/300 = 0.6 m³

정답: 0.6 m³

11번

이상기체의 기체 상수가 0.2 kJ/(kg·K), 비열비가 1.5이다. 정적 비열과 정압 비열을 각각 구하시오.

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주요 공식: cₚ − cᵥ = R, k = cₚ/cᵥ

cᵥ = 0.2/(1.5 − 1) = 0.4 cₚ = 1.5 × 0.4 = 0.6

정답: cᵥ = 0.4, cₚ = 0.6 kJ/(kg·K)

12번

기체가 일정한 외부 압력 200 kPa에 대항하여 준정적으로 압축되고, 체적이 0.5 m³에서 0.2 m³로 감소하였다. 기체가 외부에 한 일을 부호를 포함하여 구하시오.

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주요 공식: W = P(V₂ − V₁)

W = 200 × (0.2 − 0.5) = −60 kJ 음수는 외부에서 기체에 60 kJ의 일을 했다는 뜻이다.

정답: −60 kJ

13번

질량 2 kg인 이상기체의 온도가 300 K에서 400 K로 상승하였다. 정압 비열은 0.8 kJ/(kg·K)이다. 엔탈피 변화량을 구하시오.

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주요 공식: ΔH = mcₚ(T₂ − T₁)

ΔH = 2 × 0.8 × 100 = 160 kJ

정답: +160 kJ

14번

외부와 열을 주고받지 않는 밀폐된 이상기체를 압축하면서 외부에서 기체에 120 kJ의 일을 하였다. 내부 에너지 변화량을 구하시오.

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주요 공식: ΔU = Q − W

Q = 0, W = −120 kJ ΔU = 0 − (−120) = +120 kJ

정답: +120 kJ

15번

이상기체의 기체 상수가 0.3 kJ/(kg·K), 온도가 400 K, 비체적이 0.6 m³/kg이다. 이 기체의 압력을 구하시오.

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주요 공식: Pv = RT

P = 0.3 × 400/0.6 = 200 kPa

정답: 200 kPa