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열전달 한방에끝내기 4강, 열역학1법칙
작성자
kim
작성일
2021-03-15 20:09
조회
984
#열역학 1법칙#열전달#열역학#conduction #
안녕하세요 교수님! 열역학에서 배운내용과 열전달에서 배운내용에서 조금 충돌이 있어서 질문드리게 되었습니다.
열전달 4강 9분33초부근에서 질문드립니다.
열역학 1법칙:conservation of energy: energy can be neither created nor destroyed during a process 이라 알고있습니다.
그래서 E_in -E_out= ΔE_system 이라고 배웠습니다. 에너지는 갑자기 생성되지도 않고 ,소멸되지도 않는, 단지 형태만 바꾼다구요
질문①
그런데 열전달 4강 9분 33초부근에 이번엔
E_in - E_out + E_gen = ΔE_stored 이라고 정의를 하셨는데요.. 저는 여기서 일단 낯설었던게 E_gen와 ΔE_stored이였습니다.
에너지가 create되는거랑 generate되는게 일단 한국번역상으로는 뭔가 같아보이는데, 어떤 차이점이 있는지 좀 헷갈리네요.. 이에대해 알고싶습니다.
또
질문②
E_in - E_out + E_generated = ΔE_stored 의 방정식을
E_in - E_out = ΔE_stored - E_generated 이라 바꾼 후에
E_in - E_out = ΔE_stored - E_generated = ΔE_system :conservation of Energy 이라고 볼 수 있는걸까요?
즉 다시말해 ΔE_stored - E_generated = ΔE_system 인가요??
뭔가 ΔE_stored 와 ΔE_system의 구분이 잘 안서네요..
질문③
교수님이 10분53초에서 말씀하셨듯이 저도 이 식이 레이놀즈 수송정리와 매우 유사하다는걸 느꼈습니다.
in 과 out,이 있고 뭔가 cv안에서 변화량이 있는거랑 매우 유사하게 보이더군요.
그런데 control surface의 부호가 반대이지 않나요?
E_in - E_out + E_generated = ΔE_stored 을 좌우변 이항해 in이 음수 out이 양수가 되도록 조작해보겠습니다. 그럼 아래와 같은 식이 나옵니다.
E_generated= ΔE_stored +E_out - E_in
으로 서로 이항 해야 out이 (+)가 되고 in 이 (-)가 되어서 레이놀스 수송정리가 되는데,
이를 레이놀즈 수송정리 시간변화율 관점으로 보아하니
E_gen이 (dE/dt)sys 으로 대응되고, ΔE_stored이 (dE/dt)cv 로 대응될텐데,
아까 질문②의 논리 ΔE_stored - E_generated = ΔE_system 이 아래 식으로 대응해서 다시 써지면
(dE/dt)cv - (dE/dt)sys = (dE/dt)sys 으로 말도 안되는 식이 나와버리는데, 지금 뭔가 잘못생각하고있는게 느껴집니다. 어떤게 잘못된걸까요?
안녕하세요 교수님! 열역학에서 배운내용과 열전달에서 배운내용에서 조금 충돌이 있어서 질문드리게 되었습니다.
열전달 4강 9분33초부근에서 질문드립니다.
열역학 1법칙:conservation of energy: energy can be neither created nor destroyed during a process 이라 알고있습니다.
그래서 E_in -E_out= ΔE_system 이라고 배웠습니다. 에너지는 갑자기 생성되지도 않고 ,소멸되지도 않는, 단지 형태만 바꾼다구요
질문①
그런데 열전달 4강 9분 33초부근에 이번엔
E_in - E_out + E_gen = ΔE_stored 이라고 정의를 하셨는데요.. 저는 여기서 일단 낯설었던게 E_gen와 ΔE_stored이였습니다.
에너지가 create되는거랑 generate되는게 일단 한국번역상으로는 뭔가 같아보이는데, 어떤 차이점이 있는지 좀 헷갈리네요.. 이에대해 알고싶습니다.
또
질문②
E_in - E_out + E_generated = ΔE_stored 의 방정식을
E_in - E_out = ΔE_stored - E_generated 이라 바꾼 후에
E_in - E_out = ΔE_stored - E_generated = ΔE_system :conservation of Energy 이라고 볼 수 있는걸까요?
즉 다시말해 ΔE_stored - E_generated = ΔE_system 인가요??
뭔가 ΔE_stored 와 ΔE_system의 구분이 잘 안서네요..
질문③
교수님이 10분53초에서 말씀하셨듯이 저도 이 식이 레이놀즈 수송정리와 매우 유사하다는걸 느꼈습니다.
in 과 out,이 있고 뭔가 cv안에서 변화량이 있는거랑 매우 유사하게 보이더군요.
그런데 control surface의 부호가 반대이지 않나요?
E_in - E_out + E_generated = ΔE_stored 을 좌우변 이항해 in이 음수 out이 양수가 되도록 조작해보겠습니다. 그럼 아래와 같은 식이 나옵니다.
E_generated= ΔE_stored +E_out - E_in
으로 서로 이항 해야 out이 (+)가 되고 in 이 (-)가 되어서 레이놀스 수송정리가 되는데,
이를 레이놀즈 수송정리 시간변화율 관점으로 보아하니
E_gen이 (dE/dt)sys 으로 대응되고, ΔE_stored이 (dE/dt)cv 로 대응될텐데,
아까 질문②의 논리 ΔE_stored - E_generated = ΔE_system 이 아래 식으로 대응해서 다시 써지면
(dE/dt)cv - (dE/dt)sys = (dE/dt)sys 으로 말도 안되는 식이 나와버리는데, 지금 뭔가 잘못생각하고있는게 느껴집니다. 어떤게 잘못된걸까요?
Heat Transfer, Incropera, DeWill, Bergman, Lavine, Willey
Ch. 1 Introduction
Ch. 2 Introduction to Conduction
Ch. 3 One-Dimensional, Steady-State Conduction
Ch. 4 Two-Dimensional, Steady-State Conduction
Ch. 5 Transient Conduction
Ch. 6 Introduction to Convection
Ch. 7 External Flow
Ch. 8 Internal Flow
Ch. 9 Free Convection
Ch. 10 Boiling and Condensation
Ch. 11 Heat Exchangers
Ch. 12 Radiation: Processes and Properties
Ch. 13 Radiation Exchange Between Surfaces
Ch. 14 Diffusion Mass Transfer
[두 번째 질문에 대한 답변]
Est를 Esystem으로 간주되는 것이 더 합당하기 때문에
위와 같이 변형하시면 정의가 달라 해석이 어려울 것입니다.
[세 번째 질문에 대한 답변]
결국 다 같은 의미인데
레이놀즈의 수송정리에서 조금 헷갈리셔서
이런 질문이 나온 것 같습니다.
레이놀즈 수송정리란
유체의 해석을 CV를 통해서 합니다.
때문에
CV에 대한 변화량
= System의 변화량 + Input (CS) - output (CS)
으로 유도 되어
시스템의 변화량을 구할 때 in/out 부호가 반대가 됩니다.
이것을 White 교재에서는 아래와 같이 설명합니다,
The system has moved a bit, gaining the outflow sliver and losing the inflow sliver.
그래서
t+dt일 때의 system보다
t일 때의 system에서의
input 양이 많아지기 때문에
System(t+dt)-System(t)를 하게 되면
input항은 음수가 되는 것입니다.
(헷갈리시죠?)
그래서 저는 강의할 때
최대한 열역학 법칙을 바탕으로
이해하기 쉽게 하기 위해서
CV를 기준으로 설명을 드렸습니다.
자연의 법칙은
들어온만큼 얻고
나간만큼 잃는 것입니다.
레이놀즈 수송정리든
열전달이든
전혀 다를 것이 없겠습니다.
이해가 다소 어렵다면
역학 콘서트에서 답변드리도록 하겠습니다.
열전달/유체역학 책을 다시 한번 읽어보시면 좋겠습니다.
질문해주셔서 감사합니다.
혹시 몰라 아래와 같이
레이놀즈 수송정리 내용을 첨부드립니다,
[첫 번째 질문에 대한 답변]
Est는 Esystem으로 간주되어도
상관이 없겠다고 생각합니다.
그리고 열전달에서 generation term은
Energy Input처럼
시스템에 생성되는 에너지라고 보시면 좋겠습니다.
인용하신 열역학 1법칙(conservation of energy: energy can be neither created nor destroyed during a process)에서 created의 의미는
열전달에서 generation의 의미로 쓰였다기 보단
총합이 다를 수 없다는 의미로 이해하시는 것이 좋습니다.
쉽게 말해,
5=3(generation)+4(in)-2(out)이지 6일 수가 없다는 말입니다.
- 3이 생성되고
- 4가 들어오고
- 2가 나갔으면
총량은 5이지 6일 수가 없다.
즉, 갑자기 1이 create될 수가 없다는 의미입니다.
create와 generation을 같게 취급하시면 안 될 겁니다.