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1[일반기계기사 필기] 19년 1회차
그림과 같은 단열된 용기 안에 25 ℃의 물이 0.8 m3 들어있다. 이 용기 안에 100 ℃, 50 kg의 쇳덩어리를 넣은 후 열적 평형이 이루어졌을 때 최종 온도는 약 몇 ℃인가? (단, 물의 비열은 4.18 kJ/(kg ㆍ K), 철의 비열은 0.45 kJ/(kg ㆍ K)이다.)
1
25.5
2
27.4
3
29.2
4
31.4
해설
단열용기 안에서 물과 쇳덩어리가 열평형에 이르면 최종 온도는 약 25.5 ℃이다.
물 0.8 m³는 밀도 1000 kg/m³를 적용해 800 kg이고 쇳덩어리는 50 kg이다. 단열이므로 외부와의 열출입 없이 쇠가 잃은 열 = 물이 얻은 열이 성립한다.
800 × 4.18 × (T − 25) = 50 × 0.45 × (100 − T)
3344(T − 25) = 22.5(100 − T) → 3366.5T = 85850T ≈ 25.5 ℃. 물의 열용량 3344 kJ/K가 쇠의 22.5 kJ/K보다 약 150배 크기 때문에 100 ℃ 쇳덩어리를 넣어도 물 온도는 0.5 ℃ 남짓밖에 오르지 않는다.
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