다음 냉동 사이클에서 열역학 제1법칙과 제2법칙을 모두 만족하는 Q1,… | [공조냉동기계기사 필기] 17년 1회차 기출문제 상세 페이지

그림의 사이클은 240K 저열원에서 $Q_3=30\,\mathrm{kJ}$을 흡수하고 외부에서 일 $W$를 받아, 320K 열원으로 $Q_1$, 370K 열원으로 $Q_2$를 방출하는 구조다.
열역학 제1법칙(에너지 보존)은 $Q_3+W=Q_1+Q_2$, 즉 $30+W=Q_1+Q_2$를 요구하고, 제2법칙은 열원 전체의 엔트로피 변화 $\frac{Q_1}{320}+\frac{Q_2}{370}-\frac{30}{240}\ge 0$을 요구한다.
$Q_1=20\,\mathrm{kJ},\;Q_2=30\,\mathrm{kJ},\;W=20\,\mathrm{kJ}$이면 $30+20=20+30$으로 에너지 수지가 맞고, 엔트로피는 $\frac{20}{320}+\frac{30}{370}-\frac{30}{240}=+0.0186\,\mathrm{kJ/K}>0$이므로 두 법칙을 모두 만족한다.
나머지 조합은 $30+W\ne Q_1+Q_2$로 제1법칙부터 어긋나거나, $Q_1=20,\;Q_2=20,\;W=10$처럼 수지는 맞아도 엔트로피가 $-0.0084\,\mathrm{kJ/K}$로 감소해 제2법칙에 위배된다.