2017년05월07일 32번

[열역학]
100℃ 건포화증기 2㎏이 온도 30℃인 주위로 열을 방출하여 100℃ 포화액으로 되었다. 전체(증기 및 주위)의 엔트로피 변호는 약 얼마인가? (단, 100℃에서의 증발잠열은 2257kJ/㎏이다.)

① -12.1 kJ/K
② 2.8 kJ/K
③ 12.1 kJ/K
④ 24.2 kJ/K

(정답률: 36%)

문제 해설

이 문제는 열역학 제2법칙에 따라 계산할 수 있습니다. 주어진 조건에서는 열이 100℃에서 건포화증기에 의해 흡수되어 100℃ 포화액으로 변합니다. 이 과정에서 엔트로피는 증가합니다.

먼저, 건포화증기의 엔트로피 변화량을 계산해보겠습니다. 건포화증기의 초기 온도는 100℃이며, 압력은 포화압력인 2㎏입니다. 따라서 초기 상태에서의 엔트로피는 건포화증기의 엔트로피 테이블을 참조하여 구할 수 있습니다.

다음으로, 100℃ 포화액의 엔트로피 변화량을 계산해보겠습니다. 100℃에서의 증발잠열은 2257kJ/㎏이므로, 1㎏의 물이 증발할 때 발생하는 엔트로피 변화량은 다음과 같습니다.

ΔS = Q/T = 2257/373 = 6.05 kJ/K

따라서, 1㎏의 건포화증기가 100℃ 포화액으로 변할 때 전체 엔트로피 변화량은 다음과 같습니다.

ΔS = ΔS증기 + ΔS물 = 2.8 + 6.05 = 8.85 kJ/K

즉, 전체 엔트로피 변화량은 8.85 kJ/K입니다. 따라서, 정답은 "2.8 kJ/K"입니다.

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