다음 냉동 사이클에서 열역학 제1법칙과 제2법칙을 모두 만족하는 Q1,… | [공조냉동기계기사 필기] 19년 3회차 기출문제 상세 페이지

그림의 사이클은 240K 저열원에서 $Q_3=30\,kJ$를 받고 외부에서 일 W를 공급받아, 320K로 $Q_1$, 370K로 $Q_2$를 방출하는 구조다.
제1법칙(에너지 보존)은 $Q_3+W=Q_1+Q_2$이다. $Q_1=20,\;Q_2=30,\;W=20\,kJ$을 넣으면 $30+20=20+30$으로 성립한다.
제2법칙은 전체 엔트로피 변화가 음이 아니어야 한다는 조건 $\dfrac{Q_1}{T_1}+\dfrac{Q_2}{T_2}-\dfrac{Q_3}{T_3}\ge0$이다. 대입하면 $\dfrac{20}{320}+\dfrac{30}{370}-\dfrac{30}{240}\approx0.0625+0.0811-0.125=0.019>0$으로 만족한다.
반면 $Q_1=20,\;Q_2=20,\;W=10$처럼 제1법칙만 맞는 조합은 엔트로피 합이 $-0.0084$로 음수가 되어 제2법칙에 위배되므로 성립할 수 없다.