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에너지변환 결과보고서

1) 태양전지의 각도 및 거리에 따른 에너지 생산량 측정? 거리에 따른 에너지 생산량 측정dnD(cm)전류(A)전압(V)전력(W)(d1/dn)2Pn/P1d1300.614.322.635211d2400.364.191.50840.56250.572404372d3500.234.080.93840.360.356102004태양전지로부터 얻은 전력, 즉 빛에너지와 거리와의 관계를 보면 거리가 멀어질수록 도달하는 빛 에너지가 감소하는 것을 알 수 있다. 이론적으로도 빛에너지는 거리2에 반비례한다. 그래프의 형태로는 비슷한 값이 나왔지만 제곱의 반비례라고는 말할수 없다. 즉 오차율이 존재한다. 오차의 원인에 대해서는 먼저, 실험장비의 문제로 들수 있다. 에너지는 파장에 반비례하기 때문에 실험시 사용하게 될 엠프가 중요한 요소이다. 그래서 태양에너지와 가장 비슷한 파장을 가진 할로겐램프를 사용한다. 하지만 여러 사정상 자동차 램프를 사용하여 실험을 한 점, 얇은 종이로도 빛이 모아져 단위면적당 받는 에너지 량에 변화가 생긴다는 점, 실험의 횟수가 적어 오차율이 커질 뿐만 아니라 정확한 전력이 거리의 제곱에 반비례함을 알 수 없었다는 점을 들 수 있겠다.? 각도에 따른 에너지 생산량 측정( d=30cm )거리(θ)전류(A)전압(V)전력(Pn)cosθPn/P1θ100.614.322.63511θ2300.434.281.8400.8660.6984θ3450.34.241.2720.7070.482696θ4900.194.170.79200.30066그래프를 보면 빛에너지는 COSθ 커짐에 따라 전력이 증가함을 알수 있다. 즉, 이론적으로 빛은 수직한 면과 태양 전지가 이루는 각을 θ라 하면 도달된 빛 에너지는 θ에 비례한다. 하지만 cosθ의 값이 증가함에 따라 전력이 증가하긴 하지만 오차율을 보이고 있다. 그까닭에 대해 살펴보자면, 여러번의 실험을 하지 않아서 발생하는 오차율이 존재할 것이며, 분명 램프의 에너지가 면에 닿기전에 주변으로의 열손실이 발생하여 100% 에너지가 도달하지 못할 것이다.2) 전기분해장치의 에너지 변환효율 ( d=30cm θ=0° )시간(s)H2(cm)O2(cm)전류(A)전압(V)전력(W)전기에너지(J)발생된 수소(Cm3)수소에너지(J)전기분해장치효율3010.40.614.322.63579.0564.9062556.2400.711397601.61.20.614.322.635158.117.8589.9840.569129021.40.614.322.635237.1689.8125112.4810.474271202.61.40.614.322.635316.22412.75625146.2250.46240815031.60.614.322.635395.2814.71875168.7210.426841803.41.80.614.322.635474.33616.68125191.2170.4031321042.20.614.322.635553.39219.625224.960.40652404.42.60.614.322.635632.44821.5875247.460.391272704.82.80.614.322.635711.50423.55269.9540.379413005.430.614.322.635790.5626.49375303.690.38415합계790.5626.49375303.6970.38415전력 = 전압* 전류전기에너지= 전력*시간(s)발생된 수소= (1.25)^2*파이*수소높이질량=pv/rt , 질량*HHV(MJ=E수소효율= 수소에너지/전기에너지실험을 통해 태양전지를 통해 전기분해장치로 전기에너지가 들어가면 전기분해를 통해 수소와 산소가 2:1 비율로 생성되어 수소에너지를 만들게 된다.물 1리터를 효율 100%로 전기분해 했을 경우 수소는 약 250g이 발생한다. 하지만 이것은 정말 손실이 하나도 없이 100% 효율을 만들어 냈을 경우이기 때문에 이론적으로는 초기에 80~90%의 효율을 갖는다. 실험결과를 보면, 효율이 0.71에서 시간이 갈수록 0.38로 떨어진느 것을 알수 있다. 오차율을 보이면서 시간이 갈수록 전기분해장치의 효율이 떨어지는 까닭에 대해 생각해보면, 물을 전기분해 할 경우 열이 발생하여 수소와 산소, 물이 기체상태로 섞여 나오고, 태양전지가 전기분해장치로 들어가는 도중에도 에너지손실은 도선에서 생기는 작은 저항으로 인하여 시간이 갈수록 더 효율을 떨어질 것이다. 즉, 완벽한 전기분해가 되지 못하여 전기에너지가 수소에너지로 이론값만큼도 전환되지 못한다는 점을 들 수 있다. 또 수소,산소 측정관의 압력을 조절하기 위해 바깥쪽와 안쪽관의 물을 빼서 안에서 압축되지 않게 조절해야하는데 이 때 오차가 생길 수도 있다.3) 연료전지의 효율소비된 수소(Cm3)수소에너지(J)시간(s)전류(I)전압(V)전력(W)전기에너지(J)26.494303.6973000.620.80.496148.8전기 분해된 수소와 산소가 연료전지로 들어가 모터를 돌리는 에너지로 변환이 되었을 때를 보면, 수소에너지가 전기에너지로 변환되는 효율을 보면 48.9%로 60%로인 이론적 효율 (상용화된 효율 : 46%)을 비교해보면 많은 차이를 보이지 않는다는 것을 알 수 있다. 또, 열역학1법칙에 의해서 에너지는 보존되어야하지만 수소에너지가 전기에너지로 100%전환이 되지 못하는 까닭은 우리가 보지못하는 열, 화학에너지등 다양한 내부에너지로 전환이 이루어지기 때문이다.< 전체적고찰 >에너지변환실험에서는 빛에너지와 거리와의 관계(제곱에 반비례)와 각도와의 관계(코사인세타비례)를 알아 태양전지의 에너지를 최대한 많이 받을수 있는 조건을 알수 있었으며, 태양에너지를 태양전지를 이용하여 전기에너지로 변환, 전기분해장치를 통해 수소와 산소로 분해가 되어 발생된 수소에너지로의 에너지변환, 수소에너지를 다시 연료전지에 사용하여 공기 중의 산소와 결합해 물을 배출하고 그 결과 전기에너지를 생성한다. 초기에는 높은 엔탈피를 갖고 있지만 시간이 감에 따라 효율이 줄어드는 것을 보면 실험과정에서, 열에너지, 현열에너지와 같은 내부에너지로의 손실이 생기기 때문이다. 현재 국내 수소연료전지 기술은 미국에 8년 일본에 10년 정도 뒤져있다는데 아직 백금촉매를 사용하는 스텍의 가격을 내리는 것과 스텍의 수명을 늘리는 것에 대한 연구에 가장 큰 문제라고 한다. 내구성을 갖추고 관심을 갖는다면 연료전지를 상용화 되는 날이 있지 않을 까 기대해본다.

공학/기술| 2009.10.04| 3페이지| 1,000원| 조회(678)

열손실, 에너지변환, 태양 전지, 기계공학기초실험, 에너지 결과, 빛 에너지

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기계공학기초실험- 좌굴 예비보고서

1. 좌굴의 정의에 관하여 간단히 서술하고 좌굴의 종류를 조사하세요.? 좌굴의 정의- 좌굴이란 기둥의 길이가 그 횡단면의 길이에 비해 클 때, 기둥의 양단에 압축하중이 가해졌을 경우, 하중이 어느 크기에 이르면 기둥이 갑자기 휘는 현상이다.- 단면적에 비해 상대적으로 길이가 긴 기둥이 압축력을 받을 때 임계하중 근방에서 부재가 순간적으로 횡방향으로 큰 변위를 일으키는 것을 좌굴이라 하며 세장비에 따라 탄성좌굴과 비탄성 좌굴로 구분된다.? 좌굴의 종류- 국부좌굴부재의 연결모서리는 직선을 유지한 채 각 판 요소의 판 좌굴이 단면의 크기와 같은 좌굴장으로 부재 길이에 따라 여러 개의 반복적인 형태로 나타나는 것을 말한다. 이는 일반적인 기둥좌굴 또는 보의 횡좌굴의 형태가 부재 전체(모서리 포함)의 변형이 발생하는데 반하여 좌굴에 의한 변형이 부재의 국부적인 영역에 한정되므로 국부좌굴이라 한다.- 비탄성좌굴좌굴응력의 크기가 큰 경우 주로 재료의 비선형 응력-변형률 관계(냉간성형강재 및 고강도강재) 및 잔류응력(열간압연형강 및 용접형강) 등의 영향으로 좌굴발생시 단면이 탄성과 소성역이 함께 공존하는 상태를 말한다. 이는 부재의 길이가 기둥으로 말하면 중간주에서 흔히 발생할 수 있다.- 후좌굴좌굴발생 이후에도 강성이 유지되어 더 큰 하중에 저항할 수 있는 것을 말한다. 주로 국부좌굴의 경우 후좌굴강도가 상당히 크기 때문에 선진 외국의 경우 이를 설계에 반영한다. 물론 뒤틀림좌굴의 경우에도 약간의 후좌굴강도가 발현되며 기둥이 좌굴강도를 최대강도로 가정하는데 반하여 국부좌굴은 후좌굴강도를 설계에 고려하면 경제적이다.- 분기점 좌굴(Bifurcation Buckling)분기점 좌굴은 Euler 기둥의 좌굴이다. 하중을 작용시켰을 때, 하중이 어떤 임계점이상 도달하게 되면 축방향 변형뿐만 아니라 갑작스러운 횡방향 변형을 일으키게 된다. 이와 같이 횡방향 변형이 시작되는 점을 분기점이라 하며, 이때의 하중을 임계하중이라 한다. 이런 분기점 좌굴현상을 변위와 하중의 관계로 표현하면, 임계하중 아래쪽은 안정평형이고, 그 위쪽은 불안정평형이며, 임계하중이 있는 점이 중립평형에 해당된다.- 대변위 좌굴(Large Displacement Buckling)대변위 좌굴이란 하중이 작용하기 전에 이미 초기 변형(initial deformation)이 존재하고 있는 부재에서의 좌굴을 의미한다. 이와 같이 초기 변형이 있는 부재에서의 하중-변위 관계에서는, 분기점좌굴의 경우와는 달리 하중을 작용시킴과 동시에 변형도 시작하게 된다. 하중은 점차적으로 증가하는데 비해서 변형은 급속도로 증가하게 된다. 결국, 하중은 계속해서 증가하다가 어떤 한계하중에 수렴하게 되고, 더 이상의 하중 증가 없이도 변형만 증가하게 된다. 초기변형의 크기에 따라서 한계하중의 크기에도 영향이 있으며, 대부분의 구조물은 여러 가지 형태의 초기변형이 있어서 분기점좌굴 거동보다는 대변위좌굴 거동을 보인다.- 면외좌굴구조물이나 부재가 그 평면 외의 방향의 변형을 일으켜, 좌굴하는 것.- 면내좌굴구조물이나 부재가 그 평면 내에 포함되는 방향의 변형을 일으켜서 좌굴하는 것.- 전단좌굴전단하중에 의한 좌굴2. 탄성좌굴과 소성좌굴의 차이점을 서술하세요.? 탄성 좌굴 (elastic buckling)부재 내의 응력도가 재료의 비례 한도 이하 즉 탄성 범위 내에서의 좌굴을 탄성 좌굴이라 한다. 이 경우의 좌굴 강도는 재료의 영 계수에만 관계하고 재료의 강도에는 관계가 없다. 탄성 좌굴에는 양단 핀지지로 된 등단면의 초기처짐이나 잔류응력이 없는 이상적인 부재가 중심압축력을 받아 탄성좌굴을 일으키는 Euler좌굴하중이 있다.? 소성좌굴 (plastic buckling)한계 세장비보다 작은 세장비를 갖는 부재로 오일러의 좌굴식이 해당되지 않는 영역의 좌굴 현상응력과 변형도의 관계가 소성 상태일 때 생기는 좌굴.3. 주위에서 관찰될 수 있는 탄성/소성좌굴을 일으킬 수 있는 구조물 또는 현상을 3가지 이상 열거하세요.? 탄성좌굴 사례- 급격한 온도변화에 의한 레일축력으로 발생하는 가장 중요한 현상은 좌굴이다. 이런 레일축력의 상승과 차량 가감속에 의한 힘 등의 영향으로 인하여 부동구간에서 축방향의 압축력이 발생하고 궤도(자갈 및 침목 등)가 받을 수 있는 어느 한계를 넘어 급격히 휘어지는 현상이 발생.

공학/기술| 2009.10.04| 3페이지| 1,000원| 조회(692)

좌굴, 기계공학기초실험, 잔류응력, 좌굴레포트, 후좌굴강도, 좌굴응력

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