그림과 같이 다수의 추를 올려놓은 피스톤이 끼워져 있는 실린더에 들어있는 가스를 계로 생각한다. 초기 압력이 300kPa이고, 초기 체적은 0.05m 3 이다. 피스톤을 고정하여 체적을 일정하게 유지하면서 압력이 200kPa로 떨어질 때까지 계에서 열을 제거한다. 이 때 계가 외부에 한 일(kJ)은 얼마인가?

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그림과 같이 다수의 추를 올려놓은 피스톤이 끼워져 있는 실린더에 들어있… | [공조냉동기계기사 필기] 19년 3회차 기출문제 상세 페이지

1[공조냉동기계기사 필기] 19년 3회차

그림과 같이 다수의 추를 올려놓은 피스톤이 끼워져 있는 실린더에 들어있는 가스를 계로 생각한다. 초기 압력이 300kPa이고, 초기 체적은 0.05m³이다. 피스톤을 고정하여 체적을 일정하게 유지하면서 압력이 200kPa로 떨어질 때까지 계에서 열을 제거한다. 이 때 계가 외부에 한 일(kJ)은 얼마인가?

해설

그림은 여러 개의 추를 올려놓은 피스톤이 끼워진 실린더 안에 가스가 든 계로, 원래는 추의 무게만큼 압력이 일정하게 유지되는 정압 장치이다.

그런데 문제 조건에서는 피스톤을 고정해 체적을 일정하게 유지한 채 열을 제거하므로 이 과정은 정적(등적) 과정이 된다.

계가 하는 일은 $W=\int_1^2 P\,dV$ 인데 $dV=0$ 이므로, 압력이 300kPa에서 200kPa로 떨어지더라도 경계가 움직이지 않아 $W=0\,kJ$ 이다.

초기 체적 0.05m³은 계산에 쓰이지 않는 조건이며, 제거한 열은 전부 내부에너지 감소로 나타난다.

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