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1[일반기계기사 필기] 18년 3회차

피스톤-실린더로 구성된 용기 안에 이상기체 공기 1kg이 400K, 200kPa 상태로 들어있다. 이 공기가 300K의 충분히 큰 주위로 열을 빼앗겨 온도가 양쪽 다 300K가 되었다. 그동안 압력은 일정하다고 가정하고, 공기의 정압 비열은 1.004kJ/(kgㆍK)일 때 공기와 주위를 합친 총 엔트로피 증가량은 약 몇 kJ/K인가?

0.0229

0.0458

0.1674

0.3347

해설

공기와 주위를 합친 총 엔트로피 증가량은 약 0.0458kJ/K이다.
정압 냉각되는 공기의 엔트로피 변화는  $\Delta S_{air} = mc_p\ln\dfrac{T_2}{T_1} = 1 \times 1.004 \times \ln\dfrac{300}{400} \approx -0.289\,\mathrm{kJ/K}$ 이다.
공기가 방출한 열량은  $Q = mc_p(T_1-T_2) = 100.4\,\mathrm{kJ}$ 이며, 이를 300K의 주위가 흡수하므로  $\Delta S_{surr} = \dfrac{Q}{T_{surr}} = \dfrac{100.4}{300} \approx 0.335\,\mathrm{kJ/K}$ 이다. 두 값을 더하면 총 엔트로피 증가량은  $\approx 0.0458\,\mathrm{kJ/K}$ 이다.

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