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열역학 제대로 끝내기 1&2 법칙 [9강] 밀폐계(피스톤-실린더, 기체+액체) 5
Ch. 4 Energy Analysis of Closed Systems
작성자
Godjunpyo (관리자)
작성일
2022-06-11 14:56
조회
800
#밀폐계 #H = U+P*deltaV #열역학 제1법칙 delta E = Q - W = delta U
안녕하십니까 교수님! 열역학 제대로 끝내기 1&2법칙 9강 수강중에 질문이 생겨 이렇게 질문드립니다!!
1. 본 문제를 푸시기에 앞서 warm up 용으로 예제 문제를 풀어주셨는데, 거기에서 delta E = m*h(fg)
즉, Energy -->> the enthalpy of vaporization at that pressure가 된다고 하셨습니다! 이를 이용해서 (c)를 푸실때, Q - W = delta H(전자)가 되고
Q = W + delta H를 이용해서 풀어주셨습니다! 그런데 평소에 열역학 제1법칙을 이용하여 푸실때 Q - W = delta U(후자)를 사용하시는데, 후자의 방법으로 풀면 안되는 것인지, 안된다면 그 이유는 무엇인지, 그리고 전자와 후자의 방법의 차이는 무엇인지 알고 싶습니다!
2. (c)를 풀던 중 들던 의문이 {delta H}wv를 구할때 생겼습니다. {delta H}wv = m2wv * h2wv - m1wv * h1wv 에서
교수님은 h2wv를 2777.2(180도에서의 증기의 비엔탈피)가 아닌 1802.16(180도이고 건도가 0.5159인 습증기의 비엔탈피)로 대입하셨는데, 제가 풀던 과정이 이와 달랐고 그 이유를 A4용지에 정리해서 파일에 첨부했습니다! 혹시 괜찮으시다면 무엇이 잘못되었는지, 교수님의 가감없는 피드백을 듣고 싶습니다!
요즘 들어 질문이 많아서 죄송하면서 또 전부 친절하게 답변해주셔서 정말 감사할 따름입니다!!
안녕하십니까 교수님! 열역학 제대로 끝내기 1&2법칙 9강 수강중에 질문이 생겨 이렇게 질문드립니다!!
1. 본 문제를 푸시기에 앞서 warm up 용으로 예제 문제를 풀어주셨는데, 거기에서 delta E = m*h(fg)
즉, Energy -->> the enthalpy of vaporization at that pressure가 된다고 하셨습니다! 이를 이용해서 (c)를 푸실때, Q - W = delta H(전자)가 되고
Q = W + delta H를 이용해서 풀어주셨습니다! 그런데 평소에 열역학 제1법칙을 이용하여 푸실때 Q - W = delta U(후자)를 사용하시는데, 후자의 방법으로 풀면 안되는 것인지, 안된다면 그 이유는 무엇인지, 그리고 전자와 후자의 방법의 차이는 무엇인지 알고 싶습니다!
2. (c)를 풀던 중 들던 의문이 {delta H}wv를 구할때 생겼습니다. {delta H}wv = m2wv * h2wv - m1wv * h1wv 에서
교수님은 h2wv를 2777.2(180도에서의 증기의 비엔탈피)가 아닌 1802.16(180도이고 건도가 0.5159인 습증기의 비엔탈피)로 대입하셨는데, 제가 풀던 과정이 이와 달랐고 그 이유를 A4용지에 정리해서 파일에 첨부했습니다! 혹시 괜찮으시다면 무엇이 잘못되었는지, 교수님의 가감없는 피드백을 듣고 싶습니다!
요즘 들어 질문이 많아서 죄송하면서 또 전부 친절하게 답변해주셔서 정말 감사할 따름입니다!!
Thermodynamics – An Engineering Approach, Cengel & Boles, McGrawHill
Ch. 1 Introduction and Basic Concepts
Ch. 2 Energy, Energy Transfer, and General Energy Analsysis
Ch. 3 Properties of Pure Substances
Ch. 4 Energy Analysis of Closed Systems
Ch. 5 Mass and Energy Analysis of Control Volumes
Ch. 6 The Second Law of Thermodynamics
Ch. 7 Entropy
Ch. 8 Exergy
Ch. 9 Gas Power Cycles
Ch. 10 Vapor and Combined Power Cycles
Ch. 11 Refrigeration Cycles
Ch. 12 Thermodynamic Property Relations
Ch. 13 Gas Mixtures
Ch. 14 Gas-Vapor Mixtures and Air-Conditioning
Ch. 15 Chemical Reactions
Ch. 16 Chemical and Phase Equilibrium
Ch. 17 Compressible Flow
- “열역학 한방에 끝내기” 는 초등학생도 이해할 수 있게끔 쉽고 재미있게 열역학을 설명하고 있습니다.
- 공식만 외워서 문제를 푸는 방식은 올바른 역학 공부법이 아니고, 조금만 응용된 문제가 나오면 접근하기가 매우 어려워져 좋은 시험 점수(좋은 학점)을 받기가 매우 어려워집니다.
- 원리와 원칙에 충실하여 어떤 문제가 나와도 개념에 충실해서 풀 수 있어야 학업성취도, 취업 면접, 대학원 시험 등에서 좋은 결과를 기대할 수 있습니다.
학생분 풀이
첨부파일 : 8246_2022060210_01.pdf
에너지 방정식을 적용하실 때
- 엔탈피를 이용하든
- 내부에너지를 이용하든
전혀 상관없습니다.
에너지 방정식이라는 것이
결국 conservation of energy를 적용한
열역학 1법칙일 뿐이고,
엔탈피는
사용자의 편의에 따라 만들어진 개념이기 때문에
무엇을 사용하든 원리는 똑같습니다.
아래의 링크가 공부하시는 데에 도움이 될 겁니다.
참고해보시길 바랍니다.
https://godjunpyo.com/밀폐계에서-엔탈피-식은-사용이-가능한가/
https://godjunpyo.com/폴리트로픽-과정에서의-열역학-1법칙/
두번째 질문은
아마 정의하는 과정에서 생긴 문제로 생각되는데요.
del(H)wv라고 해도
이를 sat. vapor라고 보기가 어려울 것 같습니다.
vaporization이 진행되는 과정에서
sat. liquid가 vapor로 아무리 바뀌고 싶어도
문제에서 제시된 조건에 의하면
건도가 0.51589가 있어야만 하기 때문에
저는 습증기 상태에서의 엔탈피의 값을 대입하는 것이 더 맞다고 생각했습니다.
제가 엔탈피의 형태를
- del(H)air
- del(H)wv
- del(H)wl
라고 나눈 이유는
이렇게 구분짓지 않으면
학생들이 이 복잡한 문제를 이해하는 데에
어려움이 있을 거라고 생각했기 때문인데
del(H)wv라는 부분이
sat. gas가 아니라는 것은 알고 계실테니
정의에서 혹시 착각하신 것은 아닌가 한번 생각해보셨으면 좋겠습니다.
pdf에 뭔가 풀이가 자세한 것 같긴 한데
제가 놓친 게 있는지는 모르겠습니다.
제 답변이 부족했다면
언제든 다시 재질문해주세요.
열심히 공부하시는 모습이 멋집니다.
화이팅하세요!
[학생분 재질문]
안녕하십니까 교수님! 저번에 질문드린 내용에 대해 교수님께서 답변해주신 내용을 봐도 살짝 이해가 가지 않아서 재질문 드립니다!
일단 교수님께서도 아실테지만 일단 문제는 파일로 첨부했고 (c)부분 'Determine the heat transfer from the surrounding'에서 전달된 열 Q값을 구하라고 돼있어서 Q = delta H + W을 이용해 Q를 구하는 것이고 (b)부분에서는 이미 W를 구했으니 delta H만 구하면 되는데, 이 delta H를 다시 air, vapor, liquid 세 부분으로 나누어서 delta H 를 구하는 것까지는 이해했습니다.
그런데 여기에서 이해가 가지 않는 것이 delta H vapor 부분인데, 교수님께서는 m2wv(상태2에서 vapor의 질량)를 0.51589kg으로 대입했고 x = 0.51589를 이용해 h2wv(상태2에서 vapor)를 1802.16로 대입해서 delta H vapor를 구하셨습니다. 제가 저번에 질문한 내용의 핵심은 이 h2wv 값을
hf + x(hfg)로 구해서 대입하는 것이 아닌 T = 180도일때의 포화 증기의 비엔탈피 값 즉, hg = 2777.2로 해야 하는 것 아닌가 였습니다. 이 생각에는 변함이 없고 이렇게 생각한 이유는 m2wv에서는 이미 건도 x = 0.51589를 적용했기 때문에 h2wv는 sat.vapor상태에서의 비엔탈피 값을 적용해야 한다고 생각하며 만약에 교수님 풀이대로 h2wv = 1802.16을 적용한다면 m2wv부분을 1kg으로 해야한다고 생각합니다.
두 번째 첨부한 사진은 교수님의 풀이대로 했을 때 상태2에서의 엔탈피 값(vapor + liquid x= 0.51589)을 푼 것입니다.
항상 정성을 다해 답변해주셔서 정말 감사합니다!!
좋은 질문입니다.
제 생각에는
아무리 우리가
- Air
- Water Vapor
- Water Liquid
로 구분을 했다고 해도
그리고 건도를 구하여
해당 질량을 각각 구했다고 하더라도
실제 Water Vapor가
Sat. Vapor까지 도달한 것은 아니기 때문에
습증기 상태의 엔탈피 값을 넣어주는 것이 맞아보입니다.
건도를 적용해서
각각 성분을 나눴으니
Sat. Vapor의 엔탈피를 넣어주는 게 맞겠다는
학생분의 생각도 이해가 되지만
이 과정 중에
vapor가 sat. 상태에 실제로 도달한 것은 아니기 때문에
sat.에서의 값을 넣으면
너무 엔탈피가 크게 계산될 것 같습니다.
이 문제가 답이 없는 문제라
저도 정확한 답이 무엇인지는 모르겠는데
저라면 제가 푼대로 정답을 낼 것 같습니다.
계속 저도 고민을 해보겠습니다!
감사합니다.