액화석유가스(LPG)가 증발할 때에 흡수한 열은?
- 현열
- 잠열
- 융해열
- 화학반응열
정답과 해설 보기
정답 ② · 문제는 액체 상태의 LPG가 기체로 변할 때 흡수하는 열의 종류를 묻고 있다. 물질의 상변화(액체→기체)는 온도 변화 없이 상태만 바뀌는 과정이므로 그 과정에서 흡수되거나 방출되는 열은 잠열이다.
LPG가 증발(액체→기체 상변화)할 때 흡수하는 열은 잠열(증발잠열)이다.
개념 한 쪽
에너지관리산업기사 전열량 — 현열·잠열·열전달 형태
열은 물체의 온도 변화와 상태 변화를 통해 전달되고 저장된다. 온도를 올리는 데 쓰는 열과 상태 변화를 일으키는 열을 구분하고, 전열량을 계산하는 기본 절차를 숙지해야 한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「전열량」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 상변화 시 잠열 판단 | 1 | 액체→기체 변화에서 흡수되는 열의 종류를 가리기 |
| 열관류율 단위 판정 | 1 | 열관류율 정의에 따른 단위 식별하기 |
| 기체상수 계산 | 1 | 분자량으로 기체상수 값을 구하기 |
뜻
열에는 온도를 변화시키는 현열과 상태만 바꾸는 잠열이 존재한다. 끓는 물에 계속 열을 넣어도 온도가 일정하게 머무는 이유는 그 열이 잠열로 쓰이기 때문이라고 설명한다. 증발·응고·융해 등 상태 변화가 개입되면 잠열이 핵심 요소가 된다.
전열량은 현열과 잠열의 조합으로 표현된다. 예를 들어 건조도 x를 가진 증기의 전열량은 현열에 x배의 잠열을 더한 형태 h = 현열 + x·잠열로 계산한다. 건조도가 1이면 잠열을 그대로 더하면 전열량이 나온다.
열전달의 형태는 전도(정지 상태에서 분자 간 접촉을 통한 전달), 대류(유체의 유동에 의한 전달), 복사(매개체 없이 전자기파로 전달)로 구분된다. 문제에서 '정지 상태'라는 조건이 보이면 전도가 정답 단서로 작동한다.
건축물이나 열교환기 설계 등에서 쓰이는 열관류율 K는 면적 1m², 시간 1h, 온도차 1℃일 때 통과하는 열량으로 정의된다. 식 Q = K·A·Δθ(kcal/h)를 통해 K의 단위가 kcal/(m²·h·℃)가 됨을 유도한다.
열·에너지 문제는 과정 유형과 공식 선택이 핵심이다. 밀폐계에서의 제1법칙 Q = ΔU + W를 이용하면 온도 상승에 따른 내부에너지 증가는 ΔU = m·Cv·ΔT로 계산하고, 한 일은 W = Q − m·Cv·ΔT로 구한다. 이상기체 문제에서는 Cp·Cv·R 관계와 과정별 공식(등압은 mCpΔT, 등적은 mCvΔT)을 적용해 단계별 열량을 더한다.
예제
예 1 — 얼음 제조 냉동능력 계산: 문제: 15℃ 물을 −15℃ 얼음으로 매시간 100kg 제조할 때 필요한 냉동기 능력을 구한다(0℃ 응고잠열 335 kJ/kg, 물 비열 4.2 kJ/kg·℃, 얼음 비열 2.0 kJ/kg·℃). 풀이: ① 물 15→0℃: 4.2×15 = 63 kJ/kg ② 0℃ 물→0℃ 얼음(응고잠열): 335 kJ/kg ③ 0℃ 얼음→−15℃ 얼음: 2.0×15 = 30 kJ/kg 총합 = 63 + 335 + 30 = 428 kJ/kg. 매시간 100 kg이면 42,800 kJ/h이고, 1h=3,600 s 이므로 42,800 ÷ 3,600 ≈ 11.9 kW ≈ 12 kW가 된다.
예 2 — 증기 전열량 계산(건조도 관련): 문제: 포화수에서 건조도 x=1인 증기의 전열량을 구한다. 이 상태에서 현열은 185.6 kcal/kg, 잠열은 414.4 kcal/kg이다. 풀이: 건조도 x=1이면 전열량 h = 현열 + x·잠열 = 185.6 + 1×414.4 = 600.0 kcal/kg이므로 전열량은 600.0 kcal/kg이라 한다.
대표 기출 3문항
질량 m[kg]의 어떤 기체로 구성된 밀폐계가 Q[kJ]의 열을 받아 일을 하고, 이 기체의 온도가 △T℃ 상승하였다면 이 계가 한 일은 몇 kJ 인가? (단, 이 기체의 정적비열은 Cv[kJ/kg·K], 정압비열은 Cp[kJ/kg·K] 이다.)
- Q - mCv△T
- mCv△T - Q
- Q - mCp△T
- mCp△T – Q
정답과 해설 보기
정답 ① · 문제는 밀폐계가 받은 열 Q와 온도 상승 ΔT, 질량 m, 정적비열 Cv가 주어질 때 계가 한 일을 묻고 있다. 닫힌 계의 제1법칙 Q = ΔU + W이고 내부에너지 변화 ΔU = m Cv ΔT 이므로 일 W = Q − m Cv ΔT 가 된다.
밀폐계 제1법칙 Q=ΔU+W에서 W=Q-ΔU이고 ΔU=mCvΔT이므로 한 일은 Q-mCv△T다.
메탄(CH4)의 가스상수는 몇 J/kg·K 인가?
- 29.3
- 53
- 287
- 519.6
정답과 해설 보기
정답 ④ · 메탄(CH4)의 분자량은 탄소(12)와 수소(1*4)의 합인 16입니다. 일반 기체상수(R)를 메탄의 분자량으로 나누어 메탄 고유의 기체상수를 구하면 8.314 / (16/1000) = 약 519.6 J/kg·K이 됩니다.
기체상수는 8314÷분자량이므로 메탄(분자량 16)은 519.6 J/kg·K이다.
자주 묻는 물음
- 현열과 잠열은 어떻게 구분하나?
- 온도를 변화시키는 열이면 현열, 상태 변화(응고·융해·증발 등)에 드는 열이면 잠열로 구분한다. 끓는점에서 열을 계속 공급해도 온도가 유지되면 그 열은 잠열이다.
- 열관류율의 단위는 무엇인가?
- 열관류율 K는 면적 1m², 시간 1시간, 온도차 1℃일 때 통과하는 열량으로 정의되므로 단위는 kcal/(m²·h·℃)로 쓴다.
- 밀폐계에서 받은 열과 한 일의 관계는 어떻게 정리하나?
- 밀폐계 제1법칙 Q = ΔU + W를 쓰며 내부에너지 증가는 ΔU = m·Cv·ΔT가 된다. 따라서 한 일은 W = Q − m·Cv·ΔT로 계산한다.
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