9급 국가직 공무원 화학공학일반 필기 기출문제복원 (2009-04-11)

9급 국가직 공무원 화학공학일반 2009-04-11 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 화학공학일반
(2009-04-11 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 다음 중 3개의 유효숫자로 표현되어 있지 않은 것은?

  1. 5.12
  2. 0.51
  3. 5.10
  4. 50.0
(정답률: 92%)
  • 유효숫자는 0이 아닌 모든 숫자와 숫자 사이의 0, 그리고 소수점 아래 끝에 오는 0을 포함합니다. 0.51은 유효숫자가 5와 1 두 개뿐이므로 3개의 유효숫자로 표현되지 않았습니다.

    오답 노트
    5.12: 유효숫자 3개
    5.10: 소수점 끝 0 포함하여 3개
    50.0: 소수점 끝 0 포함하여 3개
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2. 다음 중 압력차를 측정하여 유체의 유량을 측정하는 유량계가 아닌 것은?

  1. 오리피스 미터
  2. 벤투리 미터
  3. 로터 미터
  4. 피토우 관
(정답률: 60%)
  • 오리피스 미터, 벤투리 미터, 피토우 관은 유체 흐름에 의해 발생하는 압력차를 측정하여 유량을 계산하는 차압식 유량계입니다.

    오답 노트
    로터 미터: 유량에 따라 부표가 상승하는 높이를 측정하는 면적식 유량계입니다.
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3. 분체의 입도 분리용으로 산업적으로 많이 사용되는 100 mesh 체(sieve)의 1in2에는 몇 개의 체구멍이 있는가? 그리고 100mesh 체를 통과한 입자는 200mesh 체를 통과한 입자보다 큰가, 작은가?

  1. 100, 작다
  2. 100, 크다
  3. 10000, 작다
  4. 10000, 크다
(정답률: 80%)
  • mesh는 1인치 길이당 체구멍의 수를 의미합니다. 따라서 100 mesh 체는 가로 100개, 세로 100개의 구멍이 있으므로 1인치 제곱당 총 구멍 수는 $100 \times 100 = 10000$개가 됩니다.
    또한, mesh 숫자가 클수록 구멍의 크기가 작아지므로, 100 mesh를 통과한 입자는 200 mesh를 통과한 입자보다 크기가 큽니다.
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4. 분진과 같은 미립자를 분리하는 장치들이다. 미립자가 포함된 기체를 용기 내에서 고속 회전시켜 발생하는 원심력을 이용하여 미립자를 용기 벽 주변에 침강시켜 분리하는 장치는?

  1. 싸이클론(cyclone)
  2. 코트렐(cottrel)
  3. 백필터(bag filter)
  4. 스크러버(scrubber)
(정답률: 87%)
  • 싸이클론(cyclone)은 원심력을 이용하여 기체 속의 미립자를 벽면으로 침강시켜 분리하는 장치입니다.

    오답 노트
    코트렐: 전기집진 방식
    백필터: 여과 방식
    스크러버: 세정액을 이용한 흡수 방식
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5. 이온용액의 총괄성을 계산할 때 K2SO4용액의 반트호프계수 (Van’t Hoff factor)는 얼마인가? (단, K2SO4는 용액 상태에서 완전 해리된다고 가정한다)

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 60%)
  • 반트호프 계수는 용질이 용액에서 해리되어 생성되는 총 입자 수와 같습니다.
    $$K_{2}SO_{4} \rightarrow 2K^{+} + SO_{4}^{2-}$$
    위 반응식에서 총 3개의 이온이 생성되므로 반트호프 계수는 3입니다.
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6. 입자모양(particle shape)을 나타내는 구형도(sphericity)에 관여하는 직접적인 변수가 아닌 것은?

  1. 입자의 상당지름
  2. 한 개 입자의 표면적
  3. 한 개 입자의 크기
  4. 한 개 입자의 부피
(정답률: 79%)
  • 구형도는 입자의 표면적과 동일한 부피를 가진 구의 표면적 비로 정의되며, 상당지름, 표면적, 부피가 직접적인 변수로 사용됩니다.

    오답 노트
    한 개 입자의 크기: 구형도는 상대적인 모양을 나타내는 지표이므로, 절대적인 크기 자체는 변수가 아닙니다.
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7. 충전 흡수탑에서 에탄 1mole%를 포함하는 기체가 30℃, 전압 10 atm에서 탑 밑 부분에서 들어오고, 물은 액체 분사기로부터 충전물의 표면을 적시면서 탑 아래쪽으로 흘러 기체와 접촉하여 물질 전달이 이루어지고 있다. 평형에 도달하였다고 가정할 때 용해된 에탄의 몰 분율은? (단, 헨리 상수는 2.5 × 104 atm이다)

  1. 10-6
  2. 2 × 10-6
  3. 3 × 10-6
  4. 4 × 10-6
(정답률: 84%)
  • 헨리의 법칙을 이용하여 기상과 액상 사이의 평형 몰 분율을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $y P = H x$
    ② [숫자 대입] $0.01 \times 10 = 2.5 \times 10^{4} \times x$
    ③ [최종 결과] $x = 4 \times 10^{-6}$
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8. 수력도약의 시각적 관찰과 수학적 해석방법으로부터 충격파를 다루는 데 사용하는 Froude 수에 포함되지 않는 것은?

  1. 속도
  2. 중력가속도
  3. 길이
  4. 압력
(정답률: 50%)
  • Froude 수는 관성력과 중력의 비를 나타내는 무차원 수로, 유속, 중력가속도, 특성 길이의 함수로 정의됩니다.

    오답 노트
    압력: Froude 수의 정의식에 포함되지 않는 변수입니다.
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9. 다음 중 빙햄(Bingham) 유체에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 시간에 따라 점도가 증가하는 유체
  2. 작은 전단응력에는 무한대로 저항하지만 전단응력이 항복점을 넘어서면 쉽게 흐르는 유체
  3. 속도 구배가 증가함에 따라 점도가 감소하는 유체
  4. 전단응력이 작을 때는 아래로 오목해졌다가 전단응력이 커지면 거의 직선으로 퍼져 흐름이 어려운 유체
(정답률: 93%)
  • 빙햄 유체는 일정한 항복 응력(Yield Stress)을 가지고 있어, 가해지는 전단응력이 이 항복점을 넘기 전까지는 흐르지 않고 고체처럼 행동하다가 이를 초과하면 흐르기 시작하는 가소성 유체입니다.

    오답 노트
    시간에 따라 점도가 증가하는 유체: 틱소트로피(Thixotropy)의 반대 개념인 레오펙틱(Rheopexy) 유체
    속도 구배가 증가함에 따라 점도가 감소하는 유체: 의가소성(Pseudoplastic) 유체
    전단응력이 작을 때는 아래로 오목해졌다가...: 일반적인 비뉴턴 유체의 특성 설명이나 빙햄 유체의 정의와는 거리가 있음
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10. 과열 증기를 이용하여 열교환기에 공급되는 액체의 온도를 50℃에서 100℃로 올리고 싶다. 과열 증기가 액체에 공급하는 열량은 500cal/kg이고, 액체는 1000 kg/hr로 공급되고 있다면 단위 시간당 요구되는 과열 증기의 양[kg]은? (단, 액체의 비열은 0.5 cal/kg∙℃로 가정한다)

  1. 50
  2. 60
  3. 80
  4. 100
(정답률: 64%)
  • 액체를 가열하는 데 필요한 총 열량과 과열 증기가 공급하는 열량이 같다는 에너지 수지 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $Q = m \times c \times \Delta T$
    ② [숫자 대입] $Q = 1000 \times 0.5 \times (100 - 50) = 25000$
    ③ [최종 결과] $\text{증기량} = \frac{25000}{500} = 50$
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11. 진공 상태인 우주를 운항하는 우주선 표면의 적정 온도 유지를 위하여 가장 우선적으로 고려되어야 할 열 이동 현상은?

  1. 전도
  2. 대류
  3. 복사
  4. 확산
(정답률: 93%)
  • 진공 상태인 우주 공간에서는 열을 전달할 매질(고체, 액체, 기체)이 없으므로, 매질 없이 전자기파 형태로 에너지가 전달되는 복사 현상이 유일한 열 이동 방식입니다.
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12. 일정한 온도에서 시험편에 일정한 하중을 가한 후 시간이 경과함에 따른 시료의 길이변화를 측정하는 시험은?

  1. 충격시험
  2. 인장시험
  3. 크리프시험
  4. 피로시험
(정답률: 34%)
  • 일정한 온도에서 일정한 하중을 가했을 때 시간이 경과함에 따라 재료의 변형(길이 변화)이 증가하는 현상을 측정하는 시험은 크리프시험입니다.
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13. 물질 전달을 나타내는 Fick의 법칙에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 물질 확산 계수의 단위는 m2/hr이다.
  2. 단위시간당 전달된 물질의 양은 농도구배에 비례한다.
  3. 액상에서 물질 확산 계수는 액상의 점도에 무관하다.
  4. 전달되는 물질의 양은 전달 면적에 비례한다.
(정답률: 70%)
  • Fick의 제1법칙에 따르면 물질 전달 속도는 농도 구배와 전달 면적에 비례합니다. 또한, 액상에서의 확산 계수는 유체의 점도에 반비례하는 특성을 가지므로 점도에 무관하다는 설명은 틀린 것입니다.
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14. 비중이 1.6g/cm3인 사염화탄소가 흐르는 관의 압력차를 비중이 13.6g/cm3인 수은으로 채워진 U자 형의 마노미터관으로 측정한다. 마노미터 수은의 높이 차이가 10 cm일때 압력차[N/m2]는? (단, g는 10m/sec2으로 가정한다)

  1. 1.52 × 104
  2. 1.6 × 104
  3. 1.36 × 104
  4. 1.2 × 104
(정답률: 100%)
  • U자형 마노미터에서 두 유체의 밀도 차이에 의한 압력차를 계산하는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta P = (\rho_m - \rho_f) g h$
    ② [숫자 대입] $\Delta P = (13600 - 1600) \times 10 \times 0.1$
    ③ [최종 결과] $\Delta P = 1.2 \times 10^4 N/m^2$
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15. 제조 원가 중에서 변동비로만 되어 있는 것은?

  1. 원료비, 노무비, 감가상각비
  2. 설비비, 판매경비, 감가상각비
  3. 원료비, 노무비, 설비 보수비
  4. 설비비, 원료비, 일반 관리비
(정답률: 72%)
  • 변동비는 생산량의 증감에 따라 직접적으로 변하는 비용을 말합니다. 원료비, 노무비, 설비 보수비는 생산량에 비례하여 발생하는 대표적인 변동비 항목입니다.

    오답 노트
    감가상각비, 설비비, 일반 관리비: 생산량과 관계없이 일정하게 발생하는 고정비에 해당함
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16. 유체에 가해지는 열전달을 취급하는데 사용되는 무차원군이 아닌 것은?

  1. Graetz 수
  2. Peclet 수
  3. Fourier 수
  4. Weber 수
(정답률: 40%)
  • 열전달 현상을 분석할 때 사용되는 무차원수는 유체의 흐름과 열전달 특성을 나타냅니다. Weber 수는 열전달이 아니라 유체 표면의 관성력과 표면장력의 비를 나타내는 무차원수이므로 열전달과는 무관합니다.
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17. 넓이가 1.0m2 인 평행한 2개의 흑판이 있다. 각각의 표면 온도가 127℃ 및 227℃ 일 때 복사에 의한 열전달량은 대략 몇 kW인가? (단, 스테판 볼츠만 상수 σ=5.0×10-8W/m2∙K4, ε1＝ε2＝1)

  1. 2.0
  2. 5.0
  3. 10.0
  4. 20.0
(정답률: 50%)
  • 두 평행한 흑판 사이의 복사 열전달량은 스테판-볼츠만 법칙을 이용하여 계산합니다. 온도는 반드시 절대온도(K)로 변환하여 대입해야 합니다.
    ① [기본 공식] $Q = \sigma A (T_1^4 - T_2^4)$
    ② [숫자 대입] $Q = 5.0 \times 10^{-8} \times 1.0 \times (500^4 - 400^4)$
    ③ [최종 결과] $Q = 2000 W = 2.0 kW$
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18. 노벽을 통하여 전열이 일어난다. 노벽의 두께는 600 mm, 평균 열전도도는 3kcal/m∙hr∙℃일 때 노벽 1m2당 전열저항[℃∙hr/kcal]은?

  1. 0.2
  2. 1.8
  3. 2.5
  4. 5.0
(정답률: 85%)
  • 평면벽의 전열저항은 두께를 열전도도로 나눈 값으로 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$R = \frac{L}{k}$$
    ② [숫자 대입]
    $$R = \frac{0.6}{3}$$
    ③ [최종 결과]
    $$R = 0.2$$
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19. 벤젠-톨루엔 혼합물이 90℃, 전압 700 mmHg에서 기-액 평형에 도달하였다. 벤젠과 톨루엔의 순성분증기압은 각각 1000mmHg, 500mmHg 이다. 벤젠의 액상 및 기상에서의 조성을 구하면? (순서대로 액상, 기상)

  1. 0.3, 0.37
  2. 0.3, 0.47
  3. 0.4, 0.57
  4. 0.4, 0.67
(정답률: 93%)
  • 라울의 법칙을 이용하여 액상 조성 $x$와 기상 조성 $y$를 구합니다.
    ① [기본 공식]
    $$P = x P_A + (1-x) P_B$$
    $$y = \frac{x P_A}{P}$$
    ② [숫자 대입]
    $$700 = x(1000) + (1-x)(500)$$
    $$y = \frac{0.4 \times 1000}{700}$$
    ③ [최종 결과]
    $$x = 0.4, y = 0.57$$
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20. 화공기계의 제어에서 잔류편차(off-set)를 없애주고 reset시간도 단축할 수 있는 가장 적합한 제어기는?

  1. 비례제어기
  2. 비례미분제어기
  3. 비례적분제어기
  4. 비례적분미분제어기
(정답률: 알수없음)
  • 비례적분미분제어기(PID 제어기)는 비례(P)의 빠른 응답, 적분(I)의 잔류편차 제거, 미분(D)의 오버슈트 억제 및 리셋 시간 단축 효과를 모두 갖춘 가장 완전한 제어기입니다.
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