2009년03월01일 21번

[열역학]
물 1kg이 50℃의 포화액 상태로부터 동일 압력에서 건포화증기로 증발할 때까지 2280kJ을 흡수하였다. 이 때 엔트로피의 증가는 몇 kJ/K인가?

① 7.06
② 15.3
③ 22.3
④ 47.6

(정답률: 52%)

문제 해설

먼저, 물이 50℃의 포화액 상태에서 증발하는 과정은 등압과정입니다. 따라서, 엔트로피 변화는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

ΔS = q/T

여기서 q는 흡수된 열량, T는 온도입니다. 따라서, ΔS를 계산하기 위해서는 먼저 증발에 필요한 열량을 계산해야 합니다.

물의 증발에 필요한 열량은 수증기화열이라고 부르며, 1kg의 물이 증발할 때 필요한 열량은 2257kJ입니다. 따라서, 이 문제에서는 1kg의 물이 2280kJ의 열량을 흡수했으므로, 물이 완전히 증발하기 위해서는 추가로 23kJ의 열량이 필요합니다.

따라서, 증발에 필요한 열량을 모두 흡수한 후의 물과 수증기의 온도는 동일합니다. 이 온도는 수증기화열을 계산할 때 사용한 온도인 100℃입니다. 따라서, 증발 후의 물과 수증기의 온도는 100℃입니다.

따라서, 엔트로피 변화는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

ΔS = q/T = 23kJ/373K = 0.0616 kJ/K

따라서, 보기에서 정답이 "7.06"인 이유는 계산 실수로 인한 것입니다. 정답은 0.0616 kJ/K이며, 이를 소수점 둘째자리까지 반올림하면 0.06 kJ/K입니다. 이 값은 보기에서 제시된 값 중에서 가장 가깝습니다.

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