다음의 열기관이 열역학 제1법칙과 제2법칙을 만족하면서 출력일(W)이 … | [일반기계기사 필기] 21년 3회차 기출문제 상세 페이지

그림의 열기관은 500 K에서 Q1=30 kJ, 400 K에서 Q2를 받아 일 W를 내고 300 K로 Q3=39 kJ를 버린다. 두 법칙을 동시에 만족하는 최대 출력일은 19 kJ이다.
먼저 제1법칙(에너지 보존)으로 W를 Q2로 나타낸다.
30 + Q2 = W + 39
∴ W = Q2 − 9
사이클은 한 바퀴 돌면 원상복귀하므로 제2법칙은 열원 쪽 엔트로피 변화의 합이 0 이상이라는 조건이 된다.
ΔS = −30/500 − Q2/400 + 39/300 ≥ 0
−0.06 − Q2/400 + 0.13 ≥ 0 → Q2 ≤ 28 kJ
등호(가역)일 때 흡열이 최대이므로 Q2=28 kJ를 대입하면 W = 28 − 9 = 19 kJ가 최대 출력일이다.