온도가 800K이고 질량이 10kg인 구리를 온도 290K인 100kg… | [에너지관리기사 필기] 18년 2회차 기출문제 상세 페이지

1[에너지관리기사 필기] 18년 2회차

온도가 800K이고 질량이 10kg인 구리를 온도 290K인 100kg의 물 속에 넣었을 때 이계 전체의 엔트로피 변화는 몇 kJ/K인가? (단, 구리와 물의 비열은 각각 0.398kJ(kgㆍK), 4.185kJ/(kgㆍK)이고, 물은 단열된 용기에 담겨 있다.)

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해설

구리(10kg, 800K)와 물(100kg, 290K)이 단열용기 안에서 열교환만으로 평형에 도달하므로, 열량 보존식  $m_{Cu}c_{Cu}(T_f-800)+m_wc_w(T_f-290)=0$ 을 풀면 평형온도는 약  $T_f\approx294.8\,\mathrm{K}$ 이다.
구리의 엔트로피 변화는  $\Delta S_{Cu}=m_{Cu}c_{Cu}\ln\dfrac{T_f}{800}\approx-3.97\,\mathrm{kJ/K}$ 로 온도가 내려가므로 감소하고, 물의 엔트로피 변화는  $\Delta S_w=m_wc_w\ln\dfrac{T_f}{290}\approx+6.87\,\mathrm{kJ/K}$ 로 온도가 올라가므로 증가한다.
두 값을 더한 계 전체의 엔트로피 변화는  $-3.97+6.87\approx2.90\,\mathrm{kJ/K}$ 이므로, 계 전체로는 엔트로피가 증가한다.

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