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1[공조냉동기계기사 필기] 25년 3회차
체적이 0.1 m3인 튼튼한 밀폐 용기에 물이 50kg 들어있으며 그 압력은 100 kPa이다. 이 포화상태의 물을 가열할 경우 일어나는 변화로 알맞은 것은? (단, 물의임계점에서의 비체적은 0.003155 m3/kg이고, 100 kPa에서의 포화수 및 포화증기의 비체적은 각각 0.001043 m3/kg, 1.694m3/kg이다.)
1
기화가 일어나 수증기로 바뀌면서 압력과 온도가 올라간다.
2
응축이 일어나 액체 상태로 바뀌면서 압력과 온도가 올라간다.
3
액체와 증기의 비율이 그대로 유지된 채로 압력과 온도가 올라간다.
4
기화가 일어나 수증기로 바뀌면서 압력과 온도는 그대로 유지된다.
해설

용기가 단단하므로 가열하는 동안 비체적은 v=0.150=0.002m3/kgv = \frac{0.1}{50} = 0.002\,m^3/kg 으로 일정하게 유지된다. 100kPa에서의 건도는 x=0.0020.0010431.6940.0010430.0006x = \frac{0.002-0.001043}{1.694-0.001043} \approx 0.0006 으로 거의 전부가 액체인 습증기 상태다. 정적 가열에서 최종 상태가 액체가 되느냐 증기가 되느냐는 용기의 비체적을 임계 비체적과 비교해 판정한다. 온도가 올라가면 포화액의 비체적은 커지고 포화증기의 비체적은 작아져 임계점에서 하나로 만나는데, 용기의 비체적 0.002가 임계 비체적 0.003155보다 작으므로 정적선은 포화액선 쪽에서 포화영역을 빠져나간다. 즉 가열할수록 건도가 줄어 증기가 액으로 응축되면서 용기가 액으로 차고, 그동안 상태는 포화곡선을 따라 올라가므로 압력과 온도가 함께 상승한다.

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