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공조냉동기계기사 공조냉동설계 · 순수물질의 상태변화

Pure Substance Phase Change

순수물질은 물이나 냉매처럼 어느 상에서든 화학 조성이 같은 물질이다. 일정한 압력에서 액체를 데우면 온도가 오르다가 포화온도에 이르면 멈추고, 그동안 들어간 열은 액체를 증기로 바꾸는 잠열로 쓰인다. 그 구간에서 증기 질량이 차지하는 비율이 건도 x 다. 그림은 대기압 물의 T-v 선도로, 점선이 등압 가열 경로이고 가열 진행 슬라이더를 밀면 점이 압축액 → 습증기(100 ℃ 수평) → 과열증기로 옮겨 간다.

상평형에서는 온도와 압력이 한 쌍

포화 상태에서는 압력을 정하면 온도가 정해져 둘이 따로 움직이지 않으므로, 습증기의 상태는 온도(또는 압력)와 건도 두 값으로 정한다. 그림과 식의 값은 대기압(101.3 kPa) 물의 증기표 값으로, 포화수 엔탈피 hf = 419, 증발잠열 hfg = 2,257, 건포화증기 hg = 2,676 kJ/kg 이다.

👀 세 구역
①압축액: 포화 전, 온도가 오른다
②습증기: 온도는 일정하고 건도 x 가 오른다
③과열증기: 건포화 이후, 온도가 다시 오른다
④돔 안이 습증기, 왼쪽은 액체, 오른쪽은 증기

가열을 밀어 상 따라가기

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💡 지금 상태
①구역: 습증기
②습증기 구간 건도 x = 0.40
③h = 419 + x×2257 = 1322 kJ/kg (습증기 식)
④건도는 습증기에서만 뜻이 있어, 압축액 쪽은 0 · 과열 쪽은 1 로 묶어 두었다

건도로 적는 습증기

건도
x = mvmv + ml
증기 질량 / 습증기 전체 질량
습증기 엔탈피
h = hf + x hfg
대기압 물: hf = 419, hfg = 2,257 kJ/kg

시험 포인트와 기출 유형

🎯 시험 포인트
①순수물질 · 상평형 · 독립상태량
②x = mv / (mv + ml), 0 은 포화수, 1 은 건포화증기
③h = hf + x·hfg
④포화 구간은 온도가 멈추고 열이 잠열로 들어간다
📝 대표 기출유형
①[기출유형] hf=419, hfg=2257 kJ/kg 일 때 건도 0.9 습증기 엔탈피는? (답: 419+0.9×2257=2450.3 kJ/kg)
②[기출유형] 건도의 정의는? (답: 증기 질량을 습증기 전체 질량으로 나눈 값)
③[기출유형] 포화 구간에서 열을 넣으면? (답: 온도는 일정, 건도가 오른다)

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