열기관의 종류와 사이클

소개

열기관의 종류와 사이클 기초이론 열기관의 종류 카르노(Carnot) 의 정리

목차

Ⅰ. 열기관과 사이클의 개념 및 원리
Ⅱ. 열기관의 종류

본문내용

◉ 개념
○ 열기관[熱機關, heat engine]
- 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 원동기

예를 들면, 연료의 연소 ·원자핵 반응 등에 의해 발생하는 열, 또는 태양열 등의 열에너지를 사용해서 동력을 발생하는 원동기(原動機)를 말한다. 열에너지로부터 기계적 에너지로 계속적으로 변환하기 위해서는, 매체가 되는 작동유체(作動流體)는 압축 ·가열 ·팽창 ·방열(放熱) 등으로 되는 사이클을 반복할 필요가 있다. 고열원(高熱源)에서 얻은 열의 일부밖에 기계적 에너지로 변환할 수 없는 것이 보통이며, 대부분은 저열원으로 방출해야 한다. 고열원에서 얻은 열에너지 중에서 기계적 에너지(일)로 된 비율을 열효율이라고 한다.
사이클이 작동유체의 기체상(氣體相) ·액체상의 두 상에 걸치는 증기 원동기와 기체상만의 기체 원동기로 크게 구별되며, 증기 원동기에는 왕복 증기기관 ·증기터빈 ·원자력 엔진 등이 있고, 기체 원동기에는 가스터빈 ·가솔린기관 ·디젤기관 등의 내연기관, 항공 원동기로서의 제트엔진 ·터보프롭 ·로켓 등이 있다. 작동유체를 직접 가열하는 이들의 내연기관에 대해, 보일러나 원자로와 같은 간접 가열기를 가진 원동기를 외연식 원동기 또는 외연기관이라고 한다.

◉ 원리
1. 열기관의 기초이론
열기관에는 가역적인 것과 비가역적인 것이 있는데, 현재 열기관은 모두 비가역열기관이다. 한편 가역열기관은 엄밀하게 말하면 실현할 수 없지만, 열기관의 기초이론에서는 가역열기관 중 가장 이상적인 기관, 즉 이상기체(완전가스)를 작동유체로 하여서 카르노사이클(Carnot cycle)을 행하는 열기관으로 열효율을 연구하는 데 하나의 지표가 된다. 먼저 이상기체의 상태방정식과 ＜열역학 제 1 법칙＞에서, 온도 의 고열원에서 흡수하는 열량 와 온도 의 저열원으로 방출하는 열량 을 정확히 계산하면 이라는 관계가 있음을 알 수 있다. 또 외부에 대하여 하는 일 는 의 열량에 상당하며, 식 로 표시된다. 한편 열기관의 열효율 는 정의에 따라 로 표시되며, 다시 다음식 과 같이 표시할 수 있다. ＜열역학 제 2 법칙＞에서 유도되는 ＜카르노의 정리＞에 의하면, 일정한 고열원·저열원 사이에 작용하는 가역열기관의 열효율은 모두 같으며 또한 두 열원 사이에 작용하는 비가역열기관의 열효율보다는 항상 크다고 할 수 있다. 결국 앞에서 말한 열효율 은 온도 의 고열원과 온도 의 저열원 사이에 작용하는 모든 가역열기관의 열효율을 나타내며,

참고자료

· 없음