자동차융합실험 Heat Engine Cycle을 이용한 기초실험 만점 보고서

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목차

1. 실험결과 (데이터 및 그래프)

2. 열기관 사이클의 원리를 찾아 요약하고 카르노의 정리가 어떻게 적용되는지를 서술하여라.
1) 열기관의 원리
2) 카르노(Carnot)의 정리

3. 열기관 사이클의 A→B, B→C, C→D, D→A 각 과정의 유형을 구분하여 보자.

4. 서로 다른 두 온도 사이에서 작동하는 열기관의 이론적 최대 열효율을 계산하여라.

본문내용

2. 열기관 사이클의 원리를 찾아 요약하고 카르노의 정리가 어떻게 적용되는지를 서술하여라.

열기관의 원리

(1) 열기관의 기초이론

열기관에는 가역적인 것과 비가역적인 것이 있는데, 현재 열기관은 모두 비가역 열기관이다. 한편 가역 열기관은 엄밀하게 말하면 실현할 수 없지만, 열기관의 기초이론에서는 가역 열기관 중 가장 이상적인 기관, 즉 이상기체(ideal gas)를 작동 유체로 하여서 카르노 사이클(Carnot cycle)을 행하는 열기관으로 열효율을 연구하는 데 하나의 지표가 된다. 먼저 이상기체의 상태방정식과 ＜열역학 제 1 법칙＞에서, 온도의 고열원에서 흡수하는 열량 q1과 온도의 저열원으로 방출하는 열량q2을 정확히 계산하면 q1-q2=w 라는 관계가 있음을 알 수 있다. 또 외부에 대하여 하는 일w은 열량q1에 상당하며, 식 e=w/q1으로 표시된다. 한편 열기관의 열효율(e)은 정의에 따라 η로 표시되며, 다시 다음식 η=w/q1과 같이 표시할 수 있다. ＜열역학 제 2 법칙＞에서 유도되는 ＜카르노의 정리＞에 의하면, 일정한 고열원·저열원 사이에 작용하는 가역 열기관의 열효율은 모두 같으며 또한 두 열원 사이에 작용하는 비가역 열기관의 열효율보다는 항상 크다고 할 수 있다. 결국, 앞에서 말한 열효율은 고열원과 저열원 사이에 작용하는 모든 가역 열기관의 열효율을 나타내며, 이 두 열원 사이에 작용하는 비가역 기관의 열효율은 반드시 이 값보다 작다. 열기관은 외연기관과 내연기관으로 크게 구별된다. 외연기관은 작동 유체인 기체를 열기관의 외부(보일러)에서 발생시키는 것이다. 가장 대표적인 외연기관은 1765년 J. 와트에 의해 실용화된 증기기관이다. 이것은 먼저 보일러에서 석탄 등의 연료를 연소시켜 물에서 수증기를 만든 후 이것을 기관의 본체로 보내고, 그 압력으로 실린더 안에 있는 피스톤을 운동시킨다. 그때 밸브실 내부 밸브의 작동으로 피스톤이 왕복운동을 한다.

참고 자료

내연기관공학/ Willard W. Pulkrabek/ 교보문고
재료금속열역학/ Gaskell, David R/ 사이텍미디어
공업열역학/ 김동진/ 문운당