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1[에너지관리산업기사 필기] 17년 2회차
이상기체 5kg이 350℃에서 150℃까지 “PV1.3 = 상수” 에 따라 변화하였다. 엔트로피의 변화는? (단, 가스의 정적비열은 0.653kJ/kgㆍK이고, 비열비(k)는 1.4 이다.)
1
1.69kJ/K
2
1.52kJ/K
3
0.85kJ/K
4
0.42kJ/K
해설

가스가 PV1.3=CPV^{1.3}=C를 따르는 폴리트로픽 과정(지수 n=1.3)으로 350℃(623K)에서 150℃(423K)로 상태변화하므로, 이 과정의 엔트로피 변화는 폴리트로픽 비열 cn=cvn−kn−1c_n = c_v \dfrac{n-k}{n-1}을 이용해 구할 수 있다.

지수 n=1.3, 비열비 k=1.4를 대입하면 cn=0.653×1.3−1.41.3−1≈−0.218 kJ/(kg⋅K)c_n = 0.653\times\dfrac{1.3-1.4}{1.3-1} \approx -0.218\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}이고, 엔트로피 변화는 ΔS=mcnln⁡T2T1=5×(−0.218)×ln⁡423623≈0.42 kJ/K\Delta S = m c_n \ln\dfrac{T_2}{T_1} = 5\times(-0.218)\times\ln\dfrac{423}{623} \approx 0.42\ \mathrm{kJ/K}로 계산된다.

지수 n이 비열비 k보다 작은 경우 폴리트로픽 비열이 음수가 되어, 온도가 낮아지는데도 엔트로피는 증가하는 결과가 나타난다.

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