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어떤 기체의 정압비열(cp)이 다음 식으로 표현될 때 32℃와 800℃… | [에너지관리기사 필기] 18년 3회차 기출문제 상세 페이지

1[에너지관리기사 필기] 18년 3회차
어떤 기체의 정압비열(cp)이 다음 식으로 표현될 때 32℃와 800℃ 사이에서 이 기체의 평균정압비열( cp‾\overline{c_p} )은 약 몇 kJ/(kgㆍ℃)인가? (단, cp의 단위는 kJ/(kgㆍ℃)이고, T의 단위는 ℃이다.)
cp=353+0.24T−0.9×10−4T2c_p = 353 + 0.24T - 0.9 \times 10^{-4} T^2
1
353
2
433
3
574
4
698
해설

평균정압비열은 온도구간에 대한 적분평균으로 정의된다: cp‾=1T2−T1∫T1T2cp dT\overline{c_p}=\dfrac{1}{T_2-T_1}\int_{T_1}^{T_2}c_p\,dT. 여기서 cp=353+0.24T−0.9×10−4T2c_p=353+0.24T-0.9\times10^{-4}T^2이고 구간은 32℃~800℃이므로 구간 폭은 768℃다.

항별로 적분하면 ∫32800cp dT=353(800−32)+0.242(8002−322)−0.9×10−43(8003−323)\int_{32}^{800}c_p\,dT = 353(800-32)+\dfrac{0.24}{2}(800^2-32^2)-\dfrac{0.9\times10^{-4}}{3}(800^3-32^3) = 271,104 + 76,677 − 15,359 ≒ 332,422 이다.

이를 구간 폭 768로 나누면 cp‾=332422768≈432.8\overline{c_p}=\dfrac{332422}{768}\approx 432.8 이므로 약 433 kJ/(kgㆍ℃)이다. 상수항 353만 취하면 온도 상승에 따른 비열 변화분을 통째로 빼먹은 값이 되고, 상한 온도만 대입해 구한 순간 비열도 평균값이 아니다.

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