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2009년03월01일 25번

[열역학]
1기압 30℃의 물 2kg을 1기압 건포화 증기로 만들려면 약 몇 kJ의 열량을 가하여야 하는가? (단, 30℃와 100℃ 사이의 물의 평균 정압비열은 4.19 kJ/kgㆍK, 1기압 100℃에서의 증발잠열은 2257 kJ/kg, 1기압 30℃ 물의 엔탈피는 126 kJ/kg이다.)

  • ① 2250
  • ② 4510
  • ③ 5100
  • ④ 9460
(정답률: 54%)

문제 해설

물을 증기로 만들 때는 증발잠열과 상태변화 엔탈피를 모두 고려해야 합니다. 먼저 2kg의 물을 100℃에서 증발시키는 데 필요한 열량은 다음과 같습니다.

2kg × 2257 kJ/kg = 4514 kJ

이제 이 증발잠열에 더해, 물의 온도를 30℃에서 100℃로 올리는 데 필요한 열량을 계산합니다. 이를 위해 물의 질량과 평균 정압비열, 그리고 온도 차이를 이용합니다.

2kg × 4.19 kJ/kgㆍK × (100℃ - 30℃) = 558.8 kJ

따라서 총 필요한 열량은 다음과 같습니다.

4514 kJ + 558.8 kJ = 5072.8 kJ

하지만 이 문제에서는 1기압 건포화 증기로 만들어야 하므로, 물의 상태변화 엔탈피를 빼줘야 합니다. 1기압에서 30℃ 물의 엔탈피는 126 kJ/kg이므로, 총 필요한 열량에서 이를 빼면 다음과 같습니다.

5072.8 kJ - 2kg × 126 kJ/kg = 4819.6 kJ

따라서 정답은 5100이 아니라, 가장 가까운 값인 4510이 됩니다.
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