공무원 7급 국가직 2013 인책형 문제 14번

열효율이 40% 인 열기관이 매 순환마다 9000J의 열을 방출할 때, 열기관의 일률이 3kW라면 각 순환마다 걸리는 시간[초]을 묻는 문제입니다.

①  0.5
②  1
③  2
④  3

[해설]

내용 설명은 https://www.physicstutor.kr/1816 에 있습니다.

열기관은 높은 온도에서 열을 받아서 일부는 일을 하고, 일부는 낮은 온도로 보냅니다. 열이 Q1 만큼 들어와 Q2 만큼 나오면, 한일 W = Q1-Q2 입니다.( 열-역학적에너지 보존 법칙)

열기관의 효율은 들어온 열을 얼마나 일로 잘 바꾸었느냐를 묻는 것입니다.

일률에 시간을 곱하면 일이 됩니다. 한 순환에 걸린 시간을 s 라고 하면
s[s] * 3000 [W] = 3000s [J] 만큼 일을 하게 됩니다.

Q1 = ? , Q2 = 9000, W = 3000s

e = W / Q1 = W / ( Q2 + W ) = 0.4 (40%)
W = 0.4 Q2 + 0.4 W
0.6 * W = 0.4 * Q2
W = 2 / 3 * 9000 = 3000 s
s = 2

[정답] ③  2