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100atm, 40°C의 기체가 조름공정으로 1atm까지 급격하게 팽창… | [화공기사 필기] 21년 3회차 기출문제 상세 페이지

1[화공기사 필기] 21년 3회차
100atm, 40°C의 기체가 조름공정으로 1atm까지 급격하게 팽창하였을 때, 이 기체의 온도(K)는? (단, Joule-Thomson coefficient(μ; K/atm)는 다음 식으로 표시된다고 한다.)
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해설

Joule-Thomson coefficient는 μ = -(∂T/∂P)_H로 정의되므로, dT = μ dP 관계를 이용해 적분한다. 주어진 식 μ = -0.0011P + 0.245를 압력 100atm에서 1atm까지 적분하면, ΔT=1001μdP=1001(0.0011P+0.245)dP\Delta T = \int_{100}^{1} \mu \, dP = \int_{100}^{1} (-0.0011P + 0.245)\,dP이다. 이를 계산하면 [0.00055P2+0.245P]1001=(0.00055+0.245)(5.5+24.5)=0.2445019.0=18.76\left[-0.00055P^2 + 0.245P\right]_{100}^{1} = (-0.00055 + 0.245) - (-5.5 + 24.5) = 0.24450 - 19.0 = -18.76(K)이다. 초기온도 40°C = 313.15K에서 감소량을 빼면 T=313.1518.76294KT = 313.15 - 18.76 \approx 294K로, 정답은 294K이다.

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