기초역학

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물의 성질

물은 급수, 배수, 급탕, 난방, 공조 등 설비에서 가장 많이 다루는 매체이다.

중량과 부피

건축설비에서 다루는 물은 표준상태에서 1기압 4°C일 때를 기준으로 한다. 이때 물은 가장 무겁고 부피가 최소이며 밀도가 1g/cm³이다.

• 1m³=10^6cm³=10^6g=10^3kg=1ton
• 1cm³=1cc=1mL=1g
• 1L=10^-3m³=10^3mL=10^3cc=10^3g=1kg

팽창과 수축

△V=(P1/P2 - 1)•V

• △V : 팽창량
• V : 전체 물의 양(P1 시)
• P1 : 최초의 물의 밀도
• P2 : 온도 변화 후 물의 밀도

팽창량 별해 △V=(P1/P2 - 1)•V 이때 전체 물의 양 V는 4°C에서 부피를 의미한다. 전체 물의 양을 4°C인지, 운전정지 시(최초) 인지 조건을 구분하면 2식으로 구분해야 하지만 이반 적으로 P1=1 정도이므로 위 2식을 구분하지 않고 병용한다.

수압과 수두-SI 단위

수압 P=pgH(Pa) p : 밀도(kg/m³), g : 중력가속도

∴수압P(MPa)≒0.01H H : 수두(m)

수압 1MPa=102mAq 즉 수두로 정확히 102m 이지만 공학적으로 약 100m로 환산한다.

온도

물체를 구성하는 분자의 운동에너지의 단위량 값을 수치로 표시하는 물리량으로 차갑고 따뜻한 정도를 나타내는 것이 온도이다. 그러므로 온도는 열량에 비례한다 할 수 없고 종량성 성질이 아닌 강도성 성질이다.

섭씨온도

표준 대기압 상태에서 순수한 물의 빙점을 0, 비점을 100으로 하여 100등분 한 한개의 눈금을 1°C로 본다.

화씨온도

표준 대기압 상태에서 빔점을 32, 비점을 212로 잡고 그 사이를 180등분한 한 눈금을 1°F로 본다.

절대온도

절대온도는 모든 물체의 분자 운동에너지가 0인 상태를 0도로 본다. 이때 캘빈 절대온도(K) 0도는 -237°C이다.

• ∴ K=273+°C, R=460+°F, R : Rankin 절대온도

열량

열량 환산

• 1kcal=4.19kJ, 1kg중=9.8N, 1J/s=1W, 1kcal/h=4.19J/h=4.19kW, 1kW=1kJ/s=3600kJ/h

비열

어떤 물질을 1kg을 1°C 올리는데 필요한 열량을 비열이라 함. 비열에는 정압비열과 정적비열이 있음

정압비열(Cp)

압력을 일정하게 하면서 요구되는 열량을 정압비열이라 하는데 이때는 보통유비열보다 값이 커진다. 건축설비에서 취급하는 것은 일반적으로 대기압 상태의 정압을 기준으로 해석한다.

• (공기 Cp=1.0 kJ/kgK, 물 Cp=4.19kJ/kgK)

정적비열(Cv)

체적을 일정하게 한 상태에서 비열을 말한다(공기 CV=0.71kJ/kgK), 이때 정적 비열보다 정압비열이 항상 크므로 이들의 비(Cp/Cv)를 비열이라 한다. 공기 비열비는 1.4이다.

열용량

어떤 재료가 축적하고 있는 열량을 말한다. 열용량=질량X비열=kJ/K, 어떤 물질의 열용령은 물의 량으로 환산한 열량 값이 되므로 열용량을 물당량이라고도 한다.

(예 : 철 9.35kg의 열용량은 9.35 X 0.448=4.19kJ/°C인데 온도변화 시 철 9.35kg은 물 1kg과 같은 열량이 요구된다. 이때 철9.35kg을 물당량 1kg이라 한다.)

현열과 잠열

현열

물체에 출입되는 열량 중 온도변화에 따라 관계하는 열을 현열이라한다.(예 : 10°C 물->80°C 물, 0°C 얼음-> 0°C 물)

잠열

온도 변화는 없고 상태변화에 관계하는 열을 잠열이라 한다. (예 : 100°C 물->100°C 증기, 0°C 얼음->°C 물)

상태변화와 열량

융해열(응고열)

고체가 액체로 변화할 때 필요한 열을 융해열이라 한다. 응고열은 액체가 고체로 변할 때 제거해야 하는 열량인데 이 둘의 값은 같다.(0°C 얼음이 0°C 물로 녹을 때는 335kJ/kg의 열이 필요하다.)

===증발(기화), 응축열(액화) : 액체가 기체로, 기체가 액체로 변화할 때 흡수, 발한하는 열을 기화, 응축열이라 한다.

※100°C 물이 100°C 증기로 기화할때 2257kJ/kg, 0°C 물 증발 잠열은 2501kJ/kg의 열을 흡수한다.

승화열

기체가 고체로 고체가 기체로 변화할 때 관계하는 열을 승화열이라 한다.(드라이아이스의 승화열은 574kJ/kg이다.)

이상기체 상태방정식

방정식

• v :비체적(m³/kg)
• P:절대압력(kPa)
• V:기체 체적
• R:기체상수(kJ/kg•K)
• K:일반 기체 상수=8.314kJ/kmol•K
• n:기체몰수(kmol)

• Pv=RT PV=GRT(v = V/G)
• PV=nRT

1.모든 기체는 0°C , 1atm 상태 하에서 1mol의 부피를 가지고 그부피는 22.4L이고, 무게는 분자량과 같다. =>아보가드 법칙

습공기

절대습도 x = 수증기 중량/건공기 중량=Gw/Gs=(Pw/Rw)/(Pa/Ra)(PV=GRT)=0.622 Pw/(P-Pw)=0.622 ∅Ps/(P-∅Ps)

• Pw : 수증기 분압(Pa), Ps : 포화 수증기압(Pa), ∅ : 상대습도

제단위

압력

단위면적당 작용하는 힘 P=W/A (PA)

1.표준대기압 : 1atm=760mmHg=101325Pa=1.0332kg/cm²=10.332mAg=1.013bar=1013mb

2. 절대압력 : 대기압+게이지압=대기압-진공압

3.1MPA=10.2kg/cm²≒ 10kg/cm²≒ 100mAq

밀도(p)

단위체적당질량 : p=m/V (kg/m³)

비중량(Y)

단위체적당중량 : Y=w/V (kg/m³)

비체적(v)

단위질량당체적 : v=V/w (m³/kg)