2020년08월22일 40번

[열역학]
역카르노 사이클로 작동하는 냉장고가 있다. 냉장고 내부의 온도가 0℃이고 이곳에서 흡수한 열량이 10kW이고, 30℃의 외기로 열이 방출된다고 할 때 냉장고를 작동하는데 필요한 동력(kW)은?

① 1.1
② 10.1
③ 11.1
④ 21.1

(정답률: 39%)

문제 해설

역카르노 사이클은 열역학적으로 가장 효율적인 열기계 사이클로, 열과 역학적인 에너지를 변환하는데 사용된다. 이 사이클은 냉장고와 같은 열기계에서도 사용된다.

냉장고는 역카르노 사이클로 작동하며, 내부에서 열을 흡수하고 외부로 열을 방출한다. 이 문제에서는 냉장고 내부의 온도가 0℃이고, 외부의 온도가 30℃이다. 따라서, 냉장고는 외부에서 열을 흡수하고 내부에서 열을 방출한다.

냉장고를 작동하는데 필요한 동력은 역카르노 사이클에서의 효율에 따라 결정된다. 역카르노 사이클에서의 효율은 1 - (T2/T1)으로 계산된다. 여기서 T1은 냉장고 내부의 온도이고, T2는 외부의 온도이다.

따라서, 이 문제에서의 역카르노 사이클에서의 효율은 1 - (273/303) = 0.1이다. 냉장고 내부에서 흡수한 열량은 10kW이므로, 외부로 방출된 열량은 10kW * 0.1 = 1kW이다.

냉장고를 작동하는데 필요한 동력은 외부로 방출된 열량과 같으므로, 1kW이다. 따라서, 정답은 "1.1"이 아니라 "1"이다.

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