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1[공조냉동기계기사 필기] 15년 2회차
실린더에 밀폐된 8kg의 공기가 그림과 같이 P1 = 800kPa, 체적 V1 = 0.27m3에서 P2 = 350kPa, 체적 V2 = 0.80m3으로 직선 변화하였다. 이 과정에서 공기가 한 일은 약 몇 kJ 인가?
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해설

그림은 압력-체적 선도에서 상태 1과 상태 2를 직선으로 이은 경로이고, 그 아래 V1V_1과 V2V_2 사이를 사선으로 칠한 면적이 이 과정에서 공기가 한 일이다. 두 상태의 값은 문제에서 (p1=800 kPa, V1=0.27 m3)(p_1=800\,\text{kPa},\ V_1=0.27\,\text{m}^3), (p2=350 kPa, V2=0.80 m3)(p_2=350\,\text{kPa},\ V_2=0.80\,\text{m}^3)로 주어졌다.

경로가 직선이므로 면적은 위쪽 변이 기울어진 사다리꼴이다. W=p1+p22 (V2−V1)=800+3502×(0.80−0.27)W = \dfrac{p_1+p_2}{2}\,(V_2-V_1) = \dfrac{800+350}{2}\times(0.80-0.27)

계산하면 W=575×0.53=304.75≈305 kJW = 575 \times 0.53 = 304.75 \approx 305\,\text{kJ}이다.

절대일은 선도 아래 면적 자체로 구해지므로, 주어진 공기 질량 8kg이나 기체상수는 이 계산에 쓰이지 않는다. 질량은 단위질량당 일(≈38 kJ/kg)(\approx 38\,\text{kJ/kg})을 물었을 때만 필요하다.

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