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

9급 국가직 공무원 화학공학일반
(2009-04-11 기출문제)

목록

1. 다음 중 3개의 유효숫자로 표현되어 있지 않은 것은?

  1. 5.12
  2. 0.51
  3. 5.10
  4. 50.0
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "50.0" 입니다. 이유는 소수점 이하 자리가 없기 때문에 유효숫자가 3개가 아니라 1개입니다.

    "0.51"은 소수점 이하 첫째 자리까지 있으므로 유효숫자가 3개입니다.
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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: 알수없음)
  • 로터 미터는 유체의 유량을 측정하는 것이 아니라, 유체의 회전 운동을 측정하여 회전수나 회전량을 측정하는데 사용됩니다. 따라서 압력차를 측정하여 유체의 유량을 측정하는 유량계가 아닙니다.
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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: 알수없음)
  • 100 mesh 체는 1인치(2.54cm)당 100개의 체구멍이 있으므로 1in2에는 100 x 100 = 10,000개의 체구멍이 있다. 따라서 정답은 "10000, 크다"이다.

    100 mesh 체를 통과한 입자는 200 mesh 체를 통과한 입자보다 크다. 이는 체구멍의 크기가 100 mesh 체에서는 149마이크론, 200 mesh 체에서는 74마이크론이기 때문이다. 따라서 100 mesh 체를 통과한 입자는 더 큰 체구멍을 통과할 수 있으므로 200 mesh 체를 통과한 입자보다 크다.
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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: 84%)
  • 싸이클론은 고속 회전시킨 기체 내부에서 원심력을 이용하여 미립자를 벽면 주변에 침강시키는 분진 분리 장치입니다. 따라서 미립자를 분리하는 원리가 회전력에 의한 분리이기 때문에 "싸이클론"이라는 이름이 붙여졌습니다.
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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: 알수없음)
  • K2SO4는 이온화합물로, 용액 상태에서 완전히 이온화되어 K+, SO42- 이온으로 분해된다. 따라서 이온용액의 총괄성을 계산할 때는 이온화된 이온의 수를 고려해야 한다. K2SO4는 3개의 이온으로 이루어져 있으므로, 반트호프계수는 3이 된다. 따라서 정답은 "3"이다.
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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: 알수없음)
  • 입자의 크기는 입자모양에 직접적인 영향을 미치는 변수이지만, 입자의 상당지름, 표면적, 부피는 입자의 크기와 밀접한 관련이 있기 때문에 구형도에 영향을 미치는 변수로 간주됩니다. 따라서 정답은 "한 개 입자의 크기"입니다.
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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: 알수없음)
  • 헨리 법칙에 따라, 용액에 용해된 기체의 몰 분율은 그 기체의 분압에 비례한다. 따라서, 용액에 용해된 에탄의 분압을 계산해야 한다.

    에탄의 분압은 헨리 상수와 용액에 용해된 에탄의 몰 분율, 그리고 용액의 총 압력을 이용하여 계산할 수 있다. 이 문제에서는 에탄의 몰 분율을 구해야 하므로, 에탄의 분압을 다음과 같이 표현할 수 있다.

    에탄의 분압 = 헨리 상수 × 에탄의 몰 분율 × 총 압력

    평형에 도달하였으므로, 에탄의 분압은 에탄의 증기압과 같다. 따라서, 다음과 같은 식을 세울 수 있다.

    에탄의 증기압 = 헨리 상수 × 에탄의 몰 분율 × 총 압력

    에탄의 증기압은 온도에 따라 다르다. 이 문제에서는 온도가 30℃이므로, 에탄의 증기압을 알아야 한다. 에탄의 증기압은 다음과 같은 식으로 계산할 수 있다.

    에탄의 증기압 = 105.3378 - 1554.3 / (30 + 229.13) = 10.2 atm

    따라서, 에탄의 분압은 다음과 같다.

    에탄의 분압 = 2.5 × 104 × x × 10 = 10.2

    x = 4 × 10-6

    따라서, 용해된 에탄의 몰 분율은 4 × 10-6이다.
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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: 알수없음)
  • Froude 수는 수력도약에서 충격파를 다루는 데 사용되는 비차원적인 수치이며, 속도, 중력가속도, 길이와 관련이 있습니다. 하지만 압력은 충격파를 다루는 데 직접적인 영향을 미치지 않기 때문에 Froude 수에 포함되지 않습니다. 충격파를 다룰 때는 압력 대신 압력계수를 사용하여 해석합니다.
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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: 알수없음)
  • 작은 전단응력에는 무한대로 저항하지만 전단응력이 항복점을 넘어서면 쉽게 흐르는 유체인 이유는 빙햄 유체가 비압축성 유체이기 때문입니다. 비압축성 유체는 전단응력이 작을 때는 분자간 거리가 가까워져 저항이 크게 작용하지만, 전단응력이 커지면 분자간 거리가 멀어져 유체가 쉽게 흐를 수 있게 됩니다. 이러한 특성 때문에 빙햄 유체는 작은 전단응력에는 무한대로 저항하지만, 전단응력이 항복점을 넘어서면 쉽게 흐르는 것입니다.
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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: 알수없음)
  • 액체의 온도를 50℃에서 100℃로 올리기 위해서는 액체의 비열과 액체의 질량, 그리고 온도 상승량에 해당하는 열량이 필요하다.

    액체의 비열은 0.5 cal/kg∙℃로 주어졌으므로, 1kg의 액체를 1℃ 온도를 올리는 데 필요한 열량은 0.5 cal이다. 따라서 1kg의 액체를 50℃에서 100℃로 올리기 위해서는 1kg × 0.5 cal/kg∙℃ × 50℃ = 25cal의 열량이 필요하다.

    액체의 질량은 1000 kg/hr로 주어졌으므로, 1시간 동안 공급되는 액체의 질량은 1000kg이다. 따라서 1시간 동안 액체를 50℃에서 100℃로 올리기 위해서는 1000kg × 25cal/kg = 25000cal의 열량이 필요하다.

    과열 증기가 액체에 공급하는 열량은 500cal/kg이므로, 25000cal의 열량을 공급하기 위해서는 25000cal ÷ 500cal/kg = 50kg의 과열 증기가 필요하다.

    따라서 정답은 "50"이다.
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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: 90%)
  • 진공 상태에서는 대류와 확산이 일어나지 않기 때문에 열이 전도되는 것보다는 복사가 가장 중요한 열 이동 현상이 됩니다. 따라서 우주선 표면의 적정 온도 유지를 위해서는 복사 열 전달을 고려해야 합니다.
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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: 알수없음)
  • 크리프시험은 일정한 온도에서 시험편에 일정한 하중을 가한 후 시간이 경과함에 따른 시료의 길이변화를 측정하는 시험입니다. 따라서 시간에 따른 시료의 변형을 측정하는 시험으로, "크리프"는 시간에 따른 변형을 의미하는 단어입니다. 따라서 정답은 "크리프시험"입니다.
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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: 알수없음)
  • 액상에서 물질 확산 계수는 액상의 점도에 무관하다는 설명이 옳지 않습니다. 실제로 액상의 점도가 높을수록 물질 확산이 더 어려워지기 때문에, 액상의 점도는 물질 확산 계수에 영향을 미칩니다. 따라서, 옳은 설명은 다음과 같습니다.

    - 물질 확산 계수의 단위는 m2/hr이다.
    - 단위시간당 전달된 물질의 양은 농도구배에 비례한다.
    - 액상에서 물질 확산 계수는 액상의 점도에 영향을 받는다.
    - 전달되는 물질의 양은 전달 면적에 비례한다.
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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: 알수없음)
  • 마노미터관에서 수은의 높이 차이는 압력 차이와 비례한다. 따라서, 수은의 높이 차이가 10cm이므로, 압력 차이는 다음과 같다.

    압력 차이 = (수은의 비중) × g × (수은의 높이 차이)
    = 13.6 × 10 × 0.1
    = 1.36 × 103 N/m2

    여기서, 사염화탄소의 비중이 1.6g/cm3이므로, 사염화탄소의 밀도는 1600kg/m3이다. 따라서, 사염화탄소의 압력 차이는 다음과 같다.

    압력 차이 = (사염화탄소의 밀도) × g × (마노미터 수은의 높이 차이) / (수은의 비중)
    = 1600 × 10 × 0.1 / 13.6
    = 1.176 × 104 N/m2

    따라서, 정답은 "1.2 × 104"이다.
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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: 알수없음)
  • 변동비란 생산량이나 생산활동의 변화에 따라 변동하는 비용을 말합니다. 따라서 원료비와 노무비는 생산량이나 생산활동의 변화에 따라 비례적으로 증가하거나 감소하기 때문에 변동비로 분류됩니다. 또한 설비 보수비는 생산설비의 유지보수나 수리 등 생산활동에 직접적으로 필요한 비용이므로 변동비로 분류됩니다. 반면, 감가상각비는 생산설비의 가치가 시간이 지남에 따라 감소하는 것을 고려한 비용이므로 변동비로 분류되지 않습니다. 따라서 정답은 "원료비, 노무비, 설비 보수비"입니다.
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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: 42%)
  • Weber 수는 유체 내부에서 운동하는 물체의 운동에 대한 관성력과 표면장력의 비율을 나타내는 무차원 수이며, 열전달과는 직접적인 관련이 없습니다. 따라서 정답은 Weber 수입니다.
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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: 알수없음)
  • 두 흑판 사이에서의 복사에 의한 열전달량은 스테판 볼츠만 법칙에 따라 다음과 같이 구할 수 있다.

    Q = σA(ε1T14 - ε2T24)

    여기서 A는 흑판의 면적, T는 절대온도이다. 따라서,

    Q = 5.0×10-8 × 1.0 × (1 × 1274 - 1 × 2274) ≈ 2.0 kW

    따라서 정답은 "2.0"이다.
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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: 80%)
  • 전열저항(R)은 두께(d)를 열전도도(k)로 나눈 값으로 계산할 수 있습니다. 따라서, 노벽 1m2당 전열저항은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    R = d/k = 600 mm / (3 kcal/m∙hr∙℃) = 0.2 ℃∙hr/kcal

    따라서, 정답은 "0.2"입니다.
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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: 100%)
  • 이 문제는 래왕의 법칙과 동적 평형 상태에서의 분압의 합이 총압력과 같다는 개념을 이용하여 풀 수 있습니다.

    먼저, 벤젠과 톨루엔의 총 몰수를 1로 가정하고, 벤젠의 몰수를 x, 톨루엔의 몰수를 1-x로 놓습니다. 이때, 벤젠과 톨루엔의 총 분압은 각각 1000x mmHg, 500(1-x) mmHg가 됩니다.

    이 상태에서, 벤젠과 톨루엔의 기상에서의 분압의 합은 1000x + 500(1-x) = 500x + 500 mmHg가 됩니다. 이 값은 전체 총압력인 700 mmHg와 같아야 합니다. 따라서, 500x + 500 = 700 이 되어 x = 0.4가 됩니다.

    이제 벤젠과 톨루엔의 액상에서의 몰수를 각각 y, 1-y로 놓습니다. 이때, 벤젠과 톨루엔의 액상에서의 분압의 합은 각각 1000y mmHg, 500(1-y) mmHg가 됩니다.

    동적 평형 상태에서, 액상과 기상에서의 분압의 합이 같아야 합니다. 따라서, 1000y + 500(1-y) = 700x 이 되어, y = 0.4(1000/700) = 0.57가 됩니다.

    따라서, 정답은 "0.4, 0.57"입니다.
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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)
  • 비례적분미분제어기는 비례제어기, 적분제어기, 미분제어기의 기능을 모두 갖춘 제어기로, 잔류편차(off-set)를 없애주는 적분제어기와 reset시간을 단축시켜주는 미분제어기의 기능을 모두 갖추고 있기 때문에 화공기계의 제어에서 가장 적합한 제어기입니다. 비례적분미분제어기는 입력값과 출력값의 차이에 비례한 제어량을 출력하면서, 입력값의 변화율과 누적값을 모두 고려하여 제어를 수행합니다. 이를 통해 잔류편차(off-set)를 없애주고 reset시간을 단축시켜주는 효과를 얻을 수 있습니다.
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