2021년05월15일 38번
[기계열역학] 카르노사이클로 작동되는 열기관이 200kJ의 열을 200℃에서 공급받아 20℃에서 방출한다면 이 기관의 일은 약 얼마인가?
- ① 38 kJ
- ② 54 kJ
- ③ 63 kJ
- ④ 76 kJ
(정답률: 55%)
문제 해설
카르노사이클은 열기관의 효율을 최대화하는 열기관 사이클이다. 따라서, 이 기관의 일은 입력 열과 출력 열의 차이인 200 kJ - 0 kJ = 200 kJ이다. 그러나 카르노사이클의 효율은 입력 열과 출력 열의 비율로 결정되므로, 이 기관의 효율을 계산해야 한다.
카르노사이클의 효율은 다음과 같이 계산된다.
효율 = 1 - (저온 열원의 온도 / 고온 열원의 온도)
여기서, 저온 열원은 20℃이고 고온 열원은 200℃이므로,
효율 = 1 - (20 / 200) = 0.9
따라서, 이 기관의 일은 입력 열의 90%인 200 kJ x 0.9 = 180 kJ이다. 그러나 문제에서는 출력 열의 양을 묻고 있으므로, 입력 열에서 출력 열을 뺀 값인 200 kJ - 180 kJ = 20 kJ를 더 계산해야 한다.
따라서, 이 기관의 일은 180 kJ + 20 kJ = 200 kJ이다. 이 값은 보기 중에서 "76 kJ"가 아니므로, 정답은 "76 kJ"가 아니다.
카르노사이클의 효율은 다음과 같이 계산된다.
효율 = 1 - (저온 열원의 온도 / 고온 열원의 온도)
여기서, 저온 열원은 20℃이고 고온 열원은 200℃이므로,
효율 = 1 - (20 / 200) = 0.9
따라서, 이 기관의 일은 입력 열의 90%인 200 kJ x 0.9 = 180 kJ이다. 그러나 문제에서는 출력 열의 양을 묻고 있으므로, 입력 열에서 출력 열을 뺀 값인 200 kJ - 180 kJ = 20 kJ를 더 계산해야 한다.
따라서, 이 기관의 일은 180 kJ + 20 kJ = 200 kJ이다. 이 값은 보기 중에서 "76 kJ"가 아니므로, 정답은 "76 kJ"가 아니다.
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