해설 보기
정답열흐름 속도는 원래의 2배인 2Q가 됩니다.
핵심 개념
푸리에 법칙 - 평면벽의 1차원 정상상태 열전도
두께 x, 면적 A인 평면벽을 통과하는 1차원 정상상태 열전도 속도는 푸리에(Fourier) 법칙에 따라 Q = kAΔT/x 로 계산됩니다. 즉 열흐름 속도는 열전도도 k와 전열면적 A, 온도차 ΔT에 비례하고 두께 x에는 반비례합니다. 이 문제처럼 변수 여러 개가 동시에 배수로 변할 때는 각 인자의 비례·반비례 관계를 곱해 주면 됩니다. k가 4배가 되면 열흐름은 4배가 되고, x가 2배가 되면 1/2배가 되므로 결과적으로 4 × 1/2 = 2배가 됩니다.
선지별 해설
①Q/2는 k는 그대로인 채 두께만 2배로 늘어난 경우의 값입니다. 열전도도가 4배 커진 효과를 반영하지 않았으므로 틀렸습니다.
②k가 4배, x가 2배이면 4/2 = 2배이지 1배가 아닙니다. 두 변화가 상쇄되려면 k와 x가 같은 배수로 변해야 하므로 틀렸습니다.
③Q' = (4k)AΔT/(2x) = 2 × (kAΔT/x) = 2Q 이므로 열흐름 속도는 2Q가 되어 옳습니다.
④4Q는 k만 4배가 되고 두께는 그대로일 때의 값입니다. 두께가 2배로 늘어 열저항이 커진 효과를 빠뜨렸으므로 틀렸습니다.
해설 보기
정답피스톤 양쪽에서 교대로 액체를 끌어들인다는 설명은 복동식 왕복펌프의 특징이므로 회전펌프 설명으로 옳지 않습니다.
핵심 개념
회전펌프(rotary pump)의 구조와 특징
회전펌프는 기어·베인·로브·스크류 등이 회전하면서 만드는 밀폐 공간으로 액체를 밀어내는 용적식(positive displacement) 펌프입니다. 왕복펌프처럼 피스톤의 왕복운동을 쓰지 않고 회전운동만 하므로 맥동이 적고 연속적인 송출이 가능합니다. 운동 부분과 고정 부분(케이싱)이 매우 좁은 간극으로 밀착되어 있어 토출측에서 흡입측으로의 역류(slip)가 적고, 점도가 높은 액체 수송에 유리합니다. 다만 밀착 구조 때문에 마모·발열 문제가 있어 회전(운전) 속도에 한계가 있습니다.