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국민대 자동차융합실험 Heat Engine Cycle 결과보고서

< 자동차융합실험I Heat Engine Cycle 결과보고서 >* 실험결과 데이터온도압력피스톤의 높이A278.0 K (저온)100.9 kPa28 mmB278.0 K (저온)103.5 kPa21 mmC369.0 k (고온)103.5 kPa38 mmD369.0 k (고온)100.9 kPa44 mm1. A, B, C, D지점을 표시하여라.2. 실험을 통해 얻어진 P-V 선도의 면적은 어떤 것을 의미하는지 쓰시오.실험을 통해 얻어진 p-v 선도의 면적은 기체가 해준 일을 의미한다.3. 서로 다른 두 온도 사이에서 작동하는 열기관의 이론적 최대 열효율을 계산하여라.이론적 최대 열효율은e=(1- {T _{C}} over {T _{H}} ) TIMES 100 이므로e=(1- {278} over {369} ) TIMES 100 = 24.66% 이다.4. 주어진 조건에 따라 열기관의 실제 열효율을 계산하여라.(1) P-V 선도의 닫힌곡선 내부의 면적을 이용하여, 기체가 해준 일을 계산하여라.W(a) =(V _{D} -V _{A} )(P _{B} -P _{A} )`=`(36.50-23.23)(103.5-100.9)`#`=`34.50`Kpaㆍcm ^{3} `=`0.0345J(2) 다음을 순서대로 계산하여라. (※ 튜브의 부피는 무시)CIRC V _{A} =pi TIMES (1.625 ^{2} ) TIMES (2.8)`=`23.23`Cm ^{3}CIRC V _{B} =pi TIMES (1.625 ^{2} ) TIMES (2.1)`=`17.42`Cm ^{3}CIRC V _{D} =pi TIMES (1.625 ^{2} ) TIMES (4.4)`=`36.50`Cm ^{3}CIRC V _{C} =pi TIMES (1.625 ^{2} ) TIMES (3.8)`=`31.52`Cm ^{3}CIRC Q _{C -> D} =nRT bullet ln ( V_f over V_i ) =P _{c} V _{c} BULLET ln( {V _{D}} over {V _{C}} )=(103.5)(31.52) BULLET ln( {36.50} over {31.52} )`=`478.55``Kpa BULLET cm ^{3} `=`0.479`JCIRC Q _{B -> C} =nC _{P} TRIANGLE T`=` {7} over {2} nR TRIANGLE T`= {7} over {2} TIMES {P _{B} V _{B}} over {T _{B}} TIMES (T _{C} -T _{B} )#`=` {7} over {2} TIMES {(103.5)(17.42)} over {(278.0)} TIMES (369.0-278.0)``=`2065.632896`Kpa BULLET cm ^{3} `#`=`2065.63Kpa BULLET cm ^{3} `=`2.07JCIRC Q _{H} =Q _{B -> C} `+`Q _{C -> D} `=`478.5497064`+`2065.632896`=`2544.182602`#`=`2544.18Kpaㆍcm ^{3`} `=`2.544J5. 실제 열효율을 계산해 본 후 이론적 최대 열효율의 값과 비교하시오.실제 열효율은eta = {W} over {Q _{H}} TIMES 100= {34.50} over {2544.182602} TIMES 100`=`1.356``% 이론적 최대 열효율인 24.66%에 비해 훨씬 낮은 효율을 보여주고 있다.6. 실제 열효율이 이론 열효율과 차이를 보이는 이유를 3가지 이상 나열하시오.이론적 최대 열효율은 3번에서 구한 값과 같이 24.66%가 나왔고 실제 열효율은eta = {W} over {Q _{H}} TIMES 100= {34.50} over {2544.182602} TIMES 100`=`1.356``% 가 나온다. 이론적 최대 효율은 작동 물질이 기체 간의 마찰을 무시하는 등 여러 가지 조건을 무시하는 이상기체라는 가정 하에서 나오는 것인데 본 실험에서 사용한 기체는 이상기체가 아니라는 부분에서 가장 큰 차이를 보인다고 생각한다.또한 구성 요소간의 ‘마찰’로 인한 손실이 있다. 본 실험은 분리가 된 공간에서 진행한 실험이 아니기 때문의 요소간의 마찰을 무시할 수 없다고 봤다. 또한 실린더 헤더 부분의 마찰이 오차를 유발할 수도 있다고 보았다.마지막으로 열손실을 이유로 볼 수 있다. 실제로 가역 공정을 실현시킬 수 없어 여기서도 효율이 떨어졌을 것으로 예측된다. 피스톤이 완벽히 단열 되지도 등온이 불가했기 때문이다.카르노 사이클이 현실에서 불가한 가역공정을 다루고 있고, 이상기체를 다루는 점 등을 차이의 이유로 볼 수 있다.7. 실험 후 피스톤 위치가 시작 위치와 다른 이유를 쓰시오.첫 째로, 공기는 이상적인 기체가 아니기 때문이다.둘 째로, 단열이 완벽히 되어 있지 않아 실린더 벽을 통해 열전달(열손실)이 일어난다. 이는 공기 챔버와 실린더의 공기가 같은 온도가 아닐 수 있다는 것을 알 수 있는 것이다.셋 째로, 피스톤 주위로 공기가 누출된다. 이는 공기의 몰수가 시간이 지남에 따라 감소한다는 것을 의미한다.8. 200g 질량체가 받은 실제 일을 위치에너지 측면에서 계산하시오.

공학/기술| 2021.06.17| 4페이지| 2,000원| 조회(226)

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