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1[일반기계기사 필기] 15년 3회차

피스톤-실린더 장치 안에 300kPa, 100℃의 이산화탄소 2kg이 들어있다. 이 가스를 PV^1.2=constant인 관계를 만족하도록 피스톤 위에 추를 더해가며 온도가 200℃가 될 때 까지 압축하였다. 이과정 동안의 열전달량은 약 몇 kJ인가? ( 단, 이산화탄소의 정적비열(C_v)=0.653kJ/kg∙K이고, 정압비열(C_p)=0.842 kJ/kg∙K이며, 각각 일정하다.)

-189

-58

-20

해설

폴리트로픽 과정( $PV^{1.2}=C$ )의 열전달량은 내부에너지 변화와 경계일을 더해 구한다.
 $\Delta U = mC_v\Delta T = 2 \times 0.653 \times (200-100) = 130.6\ \mathrm{kJ}$ 
경계일은  $W = \dfrac{mR(T_1-T_2)}{n-1} = \dfrac{2\times(0.842-0.653)\times(100-200)}{0.2} = -189\ \mathrm{kJ}$ 이고,  $Q = \Delta U + W = 130.6 - 189 \approx -58\ \mathrm{kJ}$ 이다.
따라서 이 압축 과정 동안 계는 약 58kJ의 열을 방출한다.

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