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1[7급 국가직 물리학개론] 24년 1회차

이상적 카르노 열펌프로 외부로부터 내부에 열을 공급한다. 외부의 온도가 −23 °C이고 열펌프에 매초(s) 300 J의 일을 가하여 내부의 온도가 27 °C를 유지하도록 한다면, 열펌프가 매초 내부에 공급하는 열량(kJ)은? (단, 열펌프는 열기관의 열적 과정을 거꾸로 수행한다)

0.2

0.5

1.5

1.8

해설

열펌프가 매초 내부에 공급하는 열량은 1.8 kJ이다.
절대온도로  $T_H=300\ \mathrm{K}$ ,  $T_C=250\ \mathrm{K}$ 이다.
카르노 열펌프의 성능계수  $K=\dfrac{T_H}{T_H-T_C}=\dfrac{300}{50}=6$ 
 $Q_H=K\times W=6\times300=1800\ \mathrm{J}=1.8\ \mathrm{kJ}$ 
0.2 kJ: 가한 일 0.3 kJ보다 작아  $Q_H=W+Q_C$ 에 어긋난다.
0.5 kJ: 성능계수 약 1.7에 해당해 카르노 열펌프의 값 6과 맞지 않는다.
1.5 kJ: 외부에서 흡수한 열  $Q_C=Q_H-W$ 로, 내부 공급량이 아니다.

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