이번 포스팅에서 다룰 내용은 에너지관리기사의 열역학 과목의 일부분입니다.
열역학 과목은 "단위변환"에 익숙해지면 문제가 쉬워질 수 있다고 해도 과언이 아닐 만큼 단위를 자유자재로 바꿀 수 있는 능력을 겸비하고 있어야 쉽게 풀 수 있는 과목입니다. 수많은 단위 변환 중에 많은 수험생들이 헷갈려하는 부분을 제가 완벽하게 정리해드리려고 합니다. "일의 열당량(A)", "열의 일당량(J)"에 대해서 단위변환을 활용하여 설명해 드리겠습니다.
1. 열역학 기본적인 단위변환
열역학은 기계공학, 전자공학, 화학공학 등등의 다양한 전공에서 활용하는 과목으로써 이공계열에 종사하는 사람들에게는 기본과도 같다고 할 수 있겠습니다. 그렇기 때문에 기본적인 단위변환은 가지고 가는 게 좋다고 할 수 있겠습니다.
가장 흔한 단위변환에 대해서 아래에 정리해 보도록 하겠습니다.
- 1 kgf와 1kg에 대한 차이
위의 문장에 대해서 확실히 구분할 수 있어야 합니다.
1 kgf는 중량 혹은 무게로써 중력의 변화가 고려되는 물체에서 변화되는 값을 말하며, 1kg의 질량을 가진 물체가 지구상에서 중력가속도(9.8m/s^2)를 받을 경우에 그 물체는 "1 kgf"의 힘을 가지고 있다고 표현합니다.
따라서, 1 kgf = 1kg X 9.8m/s^2 - 1N에 대한 의미
힘의 단위인 "N"은 1kg의 질량을 가진 물질을 1m/s^2 가속도로 밀어줄 때 발생하는 힘을 의미합니다.
따라서, 1N = 1kg X 1m/s^2 - 1 kgf = 1kg X 9.8m/s^2 = 9.8 kg m/s^2 = 9.8N
위의 1, 2번에 의해서 얻은 3번이 이해가 되셨다면 열역학에서 가장 헷갈리는 단위 변환에 대해서 이해했다고 봐도 무방하다고 저는 감히 얘기드릴 수 있겠습니다.
따라서, 1 kgf = 9.8N이며 1N = 1kg m/s^2 임을 암기하고 계시다면 앞으로의 단위 변환에 많은 도움이 될 것입니다.
2. 일의 열당량(A)
일의 열당량이라는 이름도 굉장히 생소한 느낌이 강합니다. 단어 그대로를 해석해 보겠습니다.
"일을 기준으로 봤을 때 열량과 비교하면 환산값을 얼마로 봐야 할까?" 이 한 문장으로 감이 잡히신다면 아래의 단위 변환을 통한 A의 값을 유도하는 과정을 막힘없이 따라오실 수 있을 거라 생각합니다.
- 일(J) = 힘(N) X 이동거리(m)
열역학에서 "일"에 대한 정의는 위의 식으로 표현할 수 있습니다.
따라서 다음과 같은 단위 변환으로 일의 열당량(A) 값을 유도할 수 있습니다. - 일의 열당량(A) 유도
1 kgf = 9.8N에 이동거리 1m를 곱해주면 다음과 같이 표현할 수 있으며 [N m = J]의 단위 변환을 활용한다.
1 kgf m = 9.8 N m = 9.8J
따라서, 한쪽으로 모든 항을 모으면 [9.8J = 1 kgf m]로 적을 수 있으며 [ 1 = 9.8J / 1 kgf m ]로 표현이 가능하다.
최종적인 단위 변환을 통한 유도는 다음과 같다.
(9.8J / 1 kgf m) X (1kJ / 1000J) X (1kcal / 4.184kJ) = 1/427 kcal/kgf m
3. 열의 일당량(J)
열의 일당량은 일의 열당량을 반대로 두고 유도하면 쉽게 구할 수 있다.
둘 중에 하나만 유도할 수 있으면 다른 하나는 쉽게 유도할 수 있는 것이다.
- 열의 일당량(J) 유도
(1 kgf m / 9.8 N) X (1000J / 1kJ) X (4.184kJ / 1kcal) = 427 kgf m/kcal
이상으로 기본적인 열역학의 단위 변환에 대한 내용과 그것을 활용한 일의 열당량(A)과 열의 일당량(J)에 대해서 알아보았습니다. 에너지관리기사 열역학 과목을 준비하는 데 있어 많은 도움이 되시길 바라겠습니다.
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