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에너지관리기사 열관리 · 일·열에너지·동력

Work, Heat and Power

증기가 터빈을 밀어 돌리면 일, 연료가 타서 물을 데우면 열이며, 둘은 에너지가 계의 경계를 넘는 두 방식이고 그 빠르기가 동력이다. 일과 열은 상태량이 아니라 과정에 따라 달라지는 양이라, 압력과 부피로 그린 P-V 선도에서 경로 아래 면적이 곧 일이 된다. 그림은 정압 팽창의 P-V 선도로, 경로 아래 칠한 직사각형의 넓이가 계가 한 일이에요. 압력과 나중 부피 슬라이더를 옮기면 직사각형과 일이 바뀌고, 아래 시간 슬라이더로 같은 일을 몇 초에 하느냐에 따라 동력이 어떻게 달라지는지 볼 수 있어요.

에너지가 계를 드나드는 두 길

보일러가 증기를 밀어 터빈을 돌리면 일이고, 연료가 타서 물을 데우면 열이다. 일과 열은 에너지가 계 경계를 넘는 두 가지 방식이고, 단위 시간당 얼마나 빠르게 넘는지가 동력이다.

👀 일과 열은 경로에 따라 달라진다
①일과 열은 상태량이 아니라 과정이 일어나는 동안에만 생겨요
②같은 두 점을 이어도 경로가 다르면 일 · 열이 달라요 (도정함수)
③그래서 P-V 선도에서 경로 아래 면적이 곧 일이 된다

P-V 선도에서 일 = 면적

300 kPa
0.4 m³
📏 면적이 일이 되는 까닭
①아주 작은 일 δW = P dV (압력 × 부피 변화)
②이를 경로를 따라 더하면 곡선 아래 면적이 된다
③정압 과정이면 면적은 직사각형이라 W = P(V₂ - V₁)예요
④부피가 늘어 팽창하면 계가 일을 하고, 이때 W > 0이에요

같은 일도 걸린 시간에 따라 동력이 달라진다

20 s
한 일
W = 90.0 kJ
P × (V₂-V₁)
동력
Pw = 4.50 kW
≈ 6.12 PS
⚡ 동력은 일을 하는 빠르기
①동력은 단위 시간당 한 일이다 [W = J/s]
②같은 일이라도 빨리 하면 동력이 커요
③1 kW = 1 kJ/s, 1 PS = 0.7355 kW
④펌프 · 팬 · 터빈 용량을 정할 때 쓰는 기본량이다

핵심 공식

절대일(경계일)
W = ∫12 P dV
P-V 선도에서 경로 아래 면적
정압일
W = P(V2 - V1)
압력이 일정할 때 (kPa · m³ = kJ)
동력
Ẇ = Wt, 1 kW = 1.36 PS
일을 시간으로 나눈 값

정리와 시험에서 묻는 것

🎯 시험에서 묻는 것
①일과 열은 경로에 따라 달라지는 도정함수이고, 내부에너지는 상태로 정해지는 점함수다
②절대일 W = ∫P dV는 P-V 선도 면적이고, 정압이면 P(V₂ - V₁)이다
③개방계의 공업일 Wt = -∫V dP와 구분해요
④부호는 계가 일을 하면 +, 계가 열을 받으면 +로 잡는다
⑤동력 1 kW = 1 kJ/s = 1.36 PS이고, 1 PS = 0.7355 kW다
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] 300 kPa 정압에서 부피가 0.1 m³에서 0.4 m³로 팽창할 때 일은? (답: 300 × 0.3 = 90 kJ)
②[기출유형] 90 kJ의 일을 30초에 했다면 동력은? (답: 90 / 30 = 3 kW)
③[기출유형] 3 kW는 몇 PS인가? (답: 3 / 0.7355 ≒ 4.08 PS)

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