내부에너지를 나타내는 단위가 아닌 것은?
- Btu
- cal
- J
- N
정답과 해설 보기
정답 ④ · 문제는 내부에너지의 단위로 옳지 않은 것을 묻고 있다. 내부에너지는 에너지의 한 형태이므로 줄(J), 칼로리(cal), 그리고 영미 단위계의 Btu 모두 에너지 단위로 사용된다.
에너지의 단위는 J, cal, Btu이며, 힘의 단위인 N은 에너지 단위가 아니다.
개념 한 쪽
화공기사 차원과 단위 — 무차원수와 단위환산
물리량마다 정해진 차원과 단위가 있으며, 동일한 물리량끼리는 단위 환산을 통해 값을 비교하거나 변환한다는 관점이 핵심이다. 무차원수는 단위계에 관계없이 값이 보존된다는 성질을 가지며, 압력·밀도·수두 등은 적절한 단위 변환 절차를 통해 상호교환이 가능하다. 수험에서는 단위의 차원(질량·길이·시간 등)을 분명히 구분하고, 단위 환산 계수 적용을 단계적으로 검증하는 습관을 기른다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「차원과 단위」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 무차원수 성질 판단 | 1 | 무차원수의 단위계 불변성 개념을 적용하여 값 보존 여부를 판단한다 |
| 밀도·비중 환산 | 1 | 비중을 SI 밀도 단위(kg/m³)로 환산하는 계산 절차를 묻는다 |
| 단위 구분 문제 | 1 | 에너지·힘 등 물리량의 단위 구분을 통해 에너지 단위를 판별한다 |
뜻
무차원수는 단위가 소거되어 단위계(FPS, MKS 등)를 바꾸어도 수치 값이 변하지 않는 물리량이다. 레이놀즈수는 관성력과 점성력의 비로 정의되는 무차원수이므로, 어떤 단위계로 계산하든 값이 유지된다는 점을 핵심으로 설명한다. 따라서 한 단위계에서 1000 또는 3522로 계산된 레이놀즈수는 다른 단위계에서도 동일한 수치가 된다.
단위 환산에서는 물리량의 차원을 먼저 확인해야 한다. 에너지 단위는 줄(J), 칼로리(cal), Btu 등이 해당하고, 힘의 단위는 뉴턴(N)으로 구분된다는 사실을 명확히 한다. 단위 혼동 사례로 질량과 힘을 섞어 해석하는 오류가 자주 발생하므로, 예를 들어 kgf를 N으로 변환할 때 중력가속도 g를 곱해야 한다는 점을 상기시킨다.
비중은 물의 밀도에 대한 상대적인 비율로 정의되며, 물의 밀도 1000kg/m³를 기준으로 곱하면 대상의 밀도를 구할 수 있다고 설명한다. 예컨대 비중 0.80이면 밀도는 0.80×1000=800kg/m³가 되어 밀도 환산이 단순 곱셈으로 처리된다는 점을 강조한다.
압력과 수두의 상호환산은 단위를 통일한 뒤 비중량으로 나누는 방법을 따른다. 압력을 kgf/cm² 등으로 표기한 경우 m 단위의 수두로 바꾸려면 먼저 면적 단위를 m²로 통일하고, 비중(s)×물의 비중량으로 비중량을 구한 뒤 압력을 비중량으로 나누어 수두를 산출해야 한다는 절차를 설명한다.
온도 단위의 차이와 절대온도의 구분도 주의사항으로 다룬다. 온도차(ΔT)의 환산에서는 절대온도 보정 없이 눈금 간격비만 적용해야 하며, 섭씨와 화씨의 눈금 간격비는 1:1.8이므로 Δ℃ = Δ1.8℉, 켈빈은 섭씨와 간격이 같아 ΔK = Δ℃가 성립한다고 정리한다.
예제
레이놀즈수 무차원성 예시: FPS 단위에서 계산한 레이놀즈수가 1000이면, 이를 MKS 단위로 다시 계산해도 값은 1000이 되는 것으로 판단한다. 단위계 변환 계수를 곱하거나 나누어 값을 변경하려는 선택지는 무차원수의 정의에 반하는 오개념으로 본다.
압력→수두 환산 예시: 비중이 0.9인 액체에서 절대압력 값이 3.6kgf/cm²로 주어졌을 경우, 수두를 구하는 절차를 설명한다. 먼저 3.6kgf/cm²를 kgf/m²로 환산하면 36,000kgf/m²가 된다. 비중량 γ는 0.9×1000=900kgf/m³이므로 수두 H = 36,000 ÷ 900 = 40m로 계산한다.
대표 기출 3문항
비중이 0.80 인 기름을 밀도단위로 나타내면 몇 kg/m³ 인가?
- 400
- 414
- 800
- 980
정답과 해설 보기
정답 ③ · 비중(Specific Gravity)은 해당 물질의 밀도와 기준 물질(보통 4℃의 물)의 밀도에 대한 무차원 비율을 의미합니다. 4℃에서 물의 밀도는 약 1 g/cm³, 즉 1000 kg/m³입니다.
비중은 물의 밀도(1000kg/m³)에 대한 상대적 비율이므로, 0.80×1000=800kg/m³로 계산한다.
FPS 단위로부터 레이놀즈수를 계산한 결과 1000 이었다. MKS 단위로 환산하여 레이놀즈수를 계산하면 그 값은 얼마로 예상할 수 있는가?
- 10
- 136
- 1000
- 13600
정답과 해설 보기
정답 ③ · 레이놀즈수(Re = ρvD/μ)는 관성력과 점성력의 비를 나타내는 무차원 수입니다. 단위계가 FPS(영국 단위계)에서 MKS(미터법)로 변환되더라도, 모든 변수가 대응하는 단위로 변환되면 무차원 수인 레이놀즈수 값 자체는 변하지 않고 일정하게 유지됩니다.
레이놀즈수는 관성력과 점성력의 비로 정의되는 무차원 수이므로 단위계 변환과 관계없이 값은 일정하게 유지됩니다.
자주 묻는 물음
- 레이놀즈수는 단위계를 바꿔도 값이 변하나요?
- 레이놀즈수는 무차원수이므로 단위계 변환 전후에 값이 변하지 않는다.
- 비중을 밀도로 바꾸는 방법은 무엇인가요?
- 비중에 물의 밀도 1000kg/m³를 곱하면 밀도가 되므로, 예컨대 비중 0.80이면 0.80×1000=800kg/m³로 계산한다.
- 압력을 수두로 환산할 때 유의할 점은 무엇인가요?
- 압력 단위를 동일한 면적 단위로 통일한 뒤 비중량(비중×물의 비중량)으로 나누어 수두를 구해야 하며, 단위 변환 과정에서 면적과 비중량의 단위를 정확히 처리해야 한다.
이 개념 문제 10개 풀기 회원용
화공기사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.