Intro
안녕하세요. 제하공제입니다.
잠시 쉬워가면서 최근 기술 변화에 대해 한 가지 소개해 드릴까 합니다.
최근 AI 기술이 대중에게 오픈되면서 빠른 속도로 세상이 변해가는 게 느껴지네요.
그래서 "미드저니"라고 하는 사이트를 통해 저도 AI 기술을 사용해 보았습니다.
Midjourney
An independent research lab exploring new mediums of thought and expanding the imaginative powers of the human species.
midjourney.com
아래와 같은 문구를 사용해서 AI가 Text를 Image로 만들어 주는 기술이라고 합니다.
저는 다음과 같이 문구를 입력해 보았습니다.
the girl who are drawing the chemical engineering drawing beside the window in the oil plant site. she looks like professional and young.
처음에는 다음과 같이 4가지 사진을 추천해줍니다.
저는 두번 째 사진이 맘에 들어 두 번째 사진을 더 Detail 하게 요청해 보았습니다.
공정설계 엔지니어로서 현장과 사무실을 오가며 일에 열중하는 모습의 사진이 있으면 좋겠다고 생각해 봤지만 도저히 찾을 수가 없었습니다. 제 머릿속의 상상이 그대로 그려지지는 않지만, 단 한 줄의 Text로 이런 Image를 만들 수 있다는 것이 놀랍네요. 여러분의 과거, 현재 또는 미래의 모습이 아닐까 합니다.
공정설계를 위한 공부도 좋지만, 세상이 돌아가는 내용도 함께 공유드리고 싶었습니다.
그럼 이어서, 문제 풀이를 시작해 보도록 하겠습니다.
이상기체 공정계산 예제 3
어떤 이상기체가 닫힌계에서 다음과 같은 일련의 역학적으로 가역인 공정들을 거친다.
(a) 70℃, 1 bar의 초기 상태에서 150 ℃까지 단열 압축된다.
(b) 다음에 일정 압력 하에서 150 ℃로부터 70 ℃까지 냉각된다.
(c) 마지막으로 다시 초기 상태로 등온 팽창된다.
이들 세 공정의 각각에 대하여, 그리고 전체 사이클에 대하여 W, Q,△U 및 △H를 계산하여라.
이상기체의 열용량은 Cv =(3/2) R 및 Cp = (5/2) R로 한다. (R=8.314 Jmol-1K-1)
문제풀이
이번 문제풀이의 핵심은 첫 줄에 있습니다. 예제 1,2와 달리 '이상기체'라는 표현을 사용하여, PV=nRT 가 일정한 상태임을 가정하고 있습니다. 이를 토대로 아래와 같이 전개하여 수식을 계산할 수 있습니다.
R = 8.314 J/mol/K 이므로,
Cv=(3/2)(8.314)=12.471 J/(mol∗K)
Cp=(5/2)(8.314)=20.785 J/(mol∗K)
문제에서 언급한 사이클은 PV선도로 나타내면 아래와 같이 초기 상태로 돌아가는 순환공정임을 알 수 있다. 기체 1몰을 기준으로 하여, 공정 내 열역학적 성질을 계산해 낼 수 있습니다.
(a) 이상기체가 단열 압축되므로, Q=0입니다.
△U=W=Cv △T=(12.471)(150-70) = 998 J
△H=Cp △T=(20.785)(150-70)=1,663 J
여기서 압력 P2는 Ep07의 수식에 따라, 아래와 같이 구해집니다.
(b) 일정압력 공정의 경우, Ep08과 같이 아래의 수식에 따라 계산이 가능합니다.
(c) 이상기체의 등온공정은 Ep07에서 언급하였듯, 온도의 함수인 내부에너지와 엔탈피는△U=△H=0이며, 열(Q)과 일(W)은 다음과 같습니다.
(a) to (c)의 전체사이클에 대해 정리하면, 순환공정의 최종 온도변화는 없지만 들어오고 나간 열과 일의 양을 계산할 수 있는 것을 확인할 수 있습니다.
문제해설
어떤가요? 참 쉽죠?
공정설계는 우리가 원하는 온도, 압력, 열과 일의 에너지를 계산하기 위한 각각의 공정 장치를 설계하는 일입니다. 온도변화가 없는 경우 온도의 상태함수인 엔탈피와 내부에너지는 0 임을 열역학 공정 계산의 기준으로 삼으면 좋습니다. 또한, 에너지 보존 법칙인 열역학 1법칙에 따라, Q = -W 임을 확인할 수 있길 바랍니다. △U = 0 이기 때문입니다.
다음시간부터 주위로부터 계로 열이 계속하여 공급 또는 배출될 때는, 무조건 온도가 올라가지 않으며, 온도가 일정하게 유지되는 구간이 발생한다는 사실을 열효과인 헌열(Sensible heat)과 잠열(Latent Heat)로부터 배워보고, 열역학 2법칙의 개념을 간단히 다뤄보도록 하겠습니다.
그럼 다음 시간에 뵙겠습니다.
감사합니다.
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