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[열역학] 열역학 7장요약

7.1열기관과 냉동기제1법칙을 다룰때와 마찬가지로 시스템은 기체로 이루어지며 이시스템이 사이클을 수행한다.무게추가 내려가면 먼저 회전날개가 시스템에 일을한다. 이어서 열을 주위로 전달하여 사이클이 완성된다.이 사이클이 반대 방향으로는 작동할수없음을안다. 점선방향으로 기체에 열을 가하면 기체 온도는 상승하지만 회전날개를 회전시켜 무게추를 들어올릴수는없다.주어진 환경.컨테이너,회전날개,무게추에서 이시스템은 열전달과 일이 모두 음(-)인사이클을 수행할수있지만 열전달과 일이 모두양(+)인사이클은 그것이 1법칙에 위배하는 것은 아니지만 수행할 수 없다.간단한 열기관의예.저당한 위치에 있는 걸쇠몇개와 피스톤이 장착된 실린더이다.실린더 안의 기체가 시스템을 구성한다.처음에는 피스톤은 걸쇠에 걸려있고 무게추는 피스톤에 연결된 받침대에 있다. 다음은 외부의 고온물체로부터 기체로 열전달이되면 시스템은 팽창되고 피스톤은 위쪽의 걸쇠까지 상승한다.여기서 무게추를 제거하면 이어서 기체로부터 외부의 저온물체로 열을 전달하면 시스템은 원래로 돌아가고 사이클이 완성된다. 사이클동안 무게추를 들어올렸으므로 분명히 이레 해당하는 일이 사이클동안에 가해졌다. 제1법칙으로부터 순열전달은 양(+)이고 사이클 동안 수행된 일과 같다고 결론지을 수 있다.이런 장치를 열기관이라 하고, 열을 주고받는 물질을 작동물질 또는 작동유체라한다.열기관은 열역학적 사이클을 수행하고,고온 물체로부터 저온 물체로 열을 전달하며 일정량의 양(+)의 순일을 하는장치라고 저의할 수 있다.흔히 열기관이란 용어는 더 넒은 의미로 사용되어 열역학적 사이클이 완성되지 않아도 열전달이나 연소를 통해 일을 생산하는 장치를 의미하기도 한다. 내연기관이나 가스터빈이 이런예이며 이런 것을 열기관이라 부르는 것도 괜찮을 것이다. 열저장조 개념을 이해할필요가 있다. 열저장조는 열이 출입해도 온도가 변하지 않는 물체를 의미한다. 즉열저장조의 온도는 항상일정하다. 대양이나 대기는 이정의에 매우가깝다.고온 저장조와 저온저장조를 지정하여 나타내는 것이편리한경우도 많다. 열을 공급하는 저장조를 열원, 열을흡수하는 저장조를 열침전원이라 하기도한다.7.2열역학제2법칙1.kelvin-planck서술사이클을 수행한 효과가 하나의 열저장조와 열을 교환하면서 무게추를 들어올리는 것.2.clausius사이클을 수행한 효과가 저온 물체로부터 고온 물체로 열을 전달하는것밖에 없는 장치를 제작이 불가능하다는 것이다.3제2종영구기관세 번째로 관찰되는 점은 열역학제2법칙 흔히 제2종영구운동 기계를 만들 수 없다는 내용으로 서술되고있다는 사실이다.제1종 영구운동 기계는 무에서 일이나 지량또는 에너지를 생샌해 내는 장치로 열역학 제1법칙을 위반하는 것이다. 제2종영구운동 기계는 열원으로부터 열을 받아서 이것을 완전히 다른형태의 에너지로 바꿔주는 장치로 열역학 제2법칙을 위반하는 것이다.제3종 영구운동 기계는 마찰이 전혀없어서 영원히 운동하지만 일을 생산하지 못하는 장치이다.7.4과정을만드는 비가역적으로 만드는 요인서로다른 물질의 혼합전기회로에서 저항R에전류I가 흐를때 단위시간당 I제곱R의 열량이 발생한다.이열량은 전기에너지가 열에너지로 변하게되어 생기것으로I제곱R은이회로에서 전류가 하는일의율에 당하는 것인데 이와같이전류가하는 일의능률을 전력이라하고 전력의 기호는P이다.비가역성의 내.외부적 구분2외부적 비가역성계(시스템)외부의비가역성을 말한다.피스톤과 실린더 벽사이의 마찰베어링에서의 발생하는 베어링 마찰등은 손실되어 버리는 에너지로 비가역성의 원인이된다. 또한 실제로 완전한 단일벽이 존재라지 않으므로 계의 외부와의 온도차가 있게되고 이온도차로인한 열기동은 계 및 주위의 상태를 변화시키므로 비가역적이다.계주위의 상태를 변화시키므로 비가역적이다.계주위의 변화없이 열이반대방향으로 흐를수는 없다.3내부적 비가역성계내 유체의 마찰로인한 비가역성피스톤이 아무리 천천히 움직여도 속도를 갖는한 압력균형은 존재하지않으며 유체마찰을 일으켜 비가역적인과정이 된다.두가지 이상의 기체의 혼합또는 확산을 유체마찰을 유발하므로서 비가역의 원인이 되며 수조차에 의한 일의 전달도 유체마찰을 일으키므로 비가역이다.7.5 카르노사이클열기관의 최고 열효율을 알기 위해 “Nicolas Leonard Sadi Carnot“가 발표한 열역학상의 가역(可逆)사이클을 말한다. 또한, 카르노순환이라고도 한다.카르노는 【PV선으로 나타낸 카르노사이클】그림과 같은 2개의 등온변화와 2개의 단열변화를 가상하고,기체를 등온팽창 → 단열팽창 → 등온압축 → 단열압축의 순서로 변화시켜 처음의 상태로 복귀시키는열역학사이클을 발표하였다. 그 결과 사이클의 열효율은 기체 종류와는 관계없이 1－T/T1이 된다는 것이밝혀졌다. 즉 고열원의 온도 T1(등온팽창할 때의 절대온도)이 높을수록, 저열원의 온도 T2(등온압축할 때의 절대온도)가 낮을수록 열효율이 커진다는 사실을 밝혀냈다.여기서 중요한 점은 작동물질에 관계없이 카르노사이클은 항상 네 가지 기본 과정으로 이루어진다.1. 고온 저장조와 열을 교환하는 가역등온과정2. 작동유체와 온도가 고종저장조의 온도에서 저온 저장조의 온도까지 낮아지는 가역단열과정3. 저온 저장조와 열을 교환하는 가역동은과정4. 작동유체의 온도가 저온 저장조의 온도에서 고온 저장조의 온도까지 높아지는 가역단열과정이다.그러나 실제 기관에서는 마찰이나 열전도 때문에 완전하게 단열변화나 등온변화를 실현시킬 수 없으므로 이 사이클은 성립하지 않지만, 실제 기관이 이상적인 사이클과 비교하여 어느 정도의 열효율을 갖는지,얼마만큼 개량할 여지가 있는가를 조사하기 위해서 중요한 의미를 갖는다.7.6 Carnot사이클의 효율에 관한 두가지 원리첫 번째 원리주어진 두 개의 열저장조 사이에서 작동하면서 이 두 열저장조 사이에서 작동하는 가역기관보다더 효율적인 기관은 존재할수 없다.두 번째 원리두 열저장조 사이에서 Carnottkdlzmf로 작동하는 열기관은 효율은 모두 같다.7.7 이상기체 온도눈금눈금은 실제기체의 압력이 낮아짐에 따라 그상태 방정식이 이상기체의 상태방정식《》으로 나타낼수 있다.기체의 열팽창을 이용하여 부피가 일정한 이상기체의 온도와 압력 사이의 관계를 이용한 열역학적온도계를 말한다.이상기체의 부피가 0 이 되는 온도를 기준 온도(T = 0 K)로 택하고, 자연이 정해주는 또 한 온도를표준 온도로 취하여 값을 정하면 이상기체 온도계의 눈금이 결정된다.온도를 측정하려는 지점에 기체구가 위치하게 하고 수은의 높이가 기준 위치 A에 있도록 수은주를 조절한다.즉, 기체의 체적은 일정하게 유지된다. 모세관 내의 기체는 기체구 내의 기체와 온도가 같다. 이렇게 하면 기체의 압력은 수은주의 높이 L로 표시할 수 있고, 이는 온도의 척도이기도 하다. 물의 삼중점 온도(276.16K)에서 압력을 측정하여 이를이라 할 경우, 이상기체의 정의에 따라 다른 온도 T는 압력측정치 P로부터 《》의 관계를 이용하여 결정할 수 있다.다음에는 이상기체를 작동유체로 하는 카르노 사이클을 고려한다면 다음과 같이 정리를 할 수 있다.① 등온가열과정(1→2)② 등온압축과정(3→4)③ 단열팽창과정(2→3)④ 단열압축과정(4→1)그러므로 이상기체를 작동유체로 한 카르노사이클의 열효율은 고열원과 저열원의 온도만에 의하여 결정되며,

공학/기술| 2004.10.01| 6페이지| 1,000원| 조회(552)

열역학, 열역학2법칙, 열기관냉동기

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[공학] 엔트로피에 관한보고

엔트로피에 관한 보고-제레미 리프킨 著-도서관의 오래된 책한권이 있었다. 84년 초판한 이 책은 김용정박사의 번역한 책이다. 00년 재판한 책과 현저희 다르나 그 내용만은 같을것이라 본다. 우선 저자 제레미 리프킨 박사는제레미 리프킨 박사의 약력1945년 출생1967년 펜실베니아 대학의 와튼 스쿨에서 경제학 학사학위 취득터프스 대학의 플레처 스쿨에서 국제관계학 석사학위 취득1977년~현재 'Foundation of Economic Trends (경제조류재단)'을 설립,이사장1993년~현재 'Beyond Beef Coalition'을 창립하여 운영하고 있음1994년~현재 워튼 스쿨 경영대 최고경영자과정 교수로 재직 중인류는 온역사를 통해 생활의 거점을 구축하기 위한 이론을 언제나 탐구하여 왔다. 바꾸어 말하면, 일상생활에서 체험하는 여러 가지의문에 해답을 내리기 위한 통일된 이론을 갖고자 하는 인간의 욕구는 어느 사회에나 반드시 존재하였고 또 그 것이 그 사회의 문화를 형성하는 중요한 요소로 되어 왔다.세계관에 대해 일일이 의문을 제기하지 않아도 되게끔 어린 시절부터 내재화 되어 버린것이다. 세계가 언제나 가치있는 상태를 향해 전진하고 있는 것으로 믿고 있다.-왜 엔트로피의 법칙만이 진리인가-뉴턴의 세계관 대신 다음시대를 규범으로는 엔트로피의 법치이외에는 없는것이다.▶엔트로피는 모든 과학에 있어서의 첫 번째법칙이다.(알버트 아인시타인)▶ 우주전체의 숭고한 형이상적 법칙으로써 엔트로피를 전개한 사람(아더 에딩튼)열역학 법칙이란 무엇인가. 이법칙에는 제 1법칙과 2법칙이 있는데 제 1법칙은 우주에 있어서 물질과 에너지의 총화는 일정하며 결코 새로이 생겨나거나 소멸되는 일이 없다. 그리고 물질은 그 형태만이 변화하며 본질은 변하지 않는다는 유명한 에너지보존 법칙이다.그리고 열역학 제 2법칙 즉 엔트로피법측은 다음과 같이 설명되고 있다.물질과 에너지는 한방향으로만 즉 사용할수 있는 것으로부터 사용할수 없는 것으로, 혹은 이용할수 있는 것으로부터 이용할수 없는 것으로, 학적인 엔트로피의 관한 설명이다. 여기서 생각할 것은 저자의 의도된 말은 열역학 법칙들은 모든 물리적 현상에 적용된다. 그렇다면 인간은 무성을 믿으며 살아왔는가.2장에서의 인간은 무엇을 믿으며 살아왔는가는 엔트로피에 대한 사회관을 말하고 있다. 인간이 사는 변화에 대하여 엔트로피에 대한 법칙을 적용하고 그것에 의한 새로운 세계관을 확립하는 개념을 규정하였다. 이 장에서는 우선 인류의 역사를 돌이켜 보고 엔트로피 법칙이 어떤 영향을 미쳐 왔는지 말하고 있다.모든 생물체는 주위로부터 유용한 에너지를 흡수하기 위해서 끊임없는 투쟁을 한다 오직 인류만이 이러한 과정을 용이하게 하도록 외부의 기구를 이용한다. 온갖 종류의 도구를 만듦으로써 인간의 기구를 증대하고 확장시키는데 성공하였다. 이를 우리가 타고 난 신체 내부의 기관과 구별하여 신체 외적인 기구라고 한다.신체 외적인 기구에는 사람이 사용 가능한 에너지를 얻고, 변환시키며 가공하는 모든 종류의 기구를 다 포함시킨다. 주위로부터 에너지를 흡수하기 위하여 기구와 기계를 발전시켜 왔다. 열을 보존하고 체온을 유지시키기 위하여 집을 짓는다. 에너지를 한 곳에서 다른 곳으로 이동시키는 것을 편하게 하게 위해서 길을 닦고, 다리를 건설하고 새로운 운반 방법을 고안한다. 에너지의 가공과 분배를 좀더 잫하기 위하여 언어, 습관, 경제, 기구, 정부들을 만든다.이러한 신체 외적인 모든 작동이 인간 문화의 대부분을 구성하고 있다. 사회 발달은 기본적으로 인간 생존을 발전시킬 질서를 창조하려는 시도일 뿐이다. 다른 모든 생물처럼 인간도 일정한 에너지 흐름을 유지하는 능력 때문에 살아갈 수 있다. 따라서 문명은 주위 환경으로부터 에너지를 얻어내는 일종의 기구로 작용한다. 그리고 열역학 제1법칙은 모든 문화나 문명을 작동시키는 근본 원리로서의 역할을 한다.이 문명에서 행해지는 복잡한 모든 행위를 몇 개의 용어로 압출한다면, 에너지의 변환, 교환, 폐기 등의 용어가 포함될 것이다. 이들 중의 한가지 과정을 사람들은 항상 계속하고 있다. 여 일하고, 물건을 사고, 버리고, 때로는 다른 것과 교환안다. 에너지 흐름이나 경제 생활이 다 이것이다. 노동해서 생산품을 만들거나 서어비스를 해 줄 때 항상 에너지를 소비하게 되고 따라서 환경의 전체 엔트로피는 증가한다. 재화나 용역을 돈과 교환할 때, 사람들이 사용하는 화폐는 사용괸 에너지에 대한 지불을 의미한다. 결국, 돈은 저장된 에너지일 뿐이다. 보수는 사용한 에너지에 대한 보상이다. 물건을 버리는 것은 그것이 낡은 옷이거나 어제 남은 밥 찌꺼기이건간에 에너지를 분산시키는 것이다. 흐름의 모든 단계에서 에너지는 항상 분산되며 환경의 엔트로피는 항상 증가한다. 무질서의 형태, 범위, 크기 등은 어떻게 에너지가 흐르냐에 따라서 정해진다.사회가 마지막 단계에 이르면 복합 기관(사회의 경제 조직과 정치 조직)은 매우 확대되고 집중되어 있기 때문에 기관 자체를 유지하는 데 엄청난 에너지가 소비된다.운영에는 더 많은 에너지가 소비되지만, 거기서 얻어지는 성과는 차츰 더 작아지는 것을 보게 된다. 문화의 에너지 흐름을 촉진하도록 설립된 제도들이 일중의 기생충처럼 에너지의 대부분을 먹어치우게 된다. 전체 에너지 흐름이 느려지고 따라서 그 사회는 위축되기 시작한다. 마지막에 이르면, 복합 기관들조차도 필요한 에너지를 얻지 못하여 유지가 불가능해진다. 전체 조직이 해체되기 시작한다. 그 사회는 차츰 다른 국가나 내부의 소요 혹은 혈명에 의하여 정복당하기 쉬워진다. 고대 이집트, 메소포타미아, 로마 문명의 흥망이 모두 다 위에서 언급한 과정들에 대한 좋은 본보기이다.식민지 정부는 식민지에서 본국으로의 에너지 흐름을 증가시키는 것이 목적이다. 엔트로피 과정이 진행되어 부직서가 쌓이게 되면, 식민지 행정부는 행정 기관과 군대를 확장해야만 하기 때문에 점점 더 많은 에너지가 자체 유지에 소비된다. 결국, 주둔 군대와 식민지 행정기관을 더 이상 본국 정부에서 유지할 수 없게 된다. 따라서 이것들은 그 식민지의 에너지에 더욱 더 심하게 기생하게 되며, 끝내 식민지 사람들이 반란환경 조건에서 살아가기 위해서는 더 많은 일을 해야 하고, 따라서 복잡한 기술등을 도입하여 존재를 유지하게 된다. 뉴우튼 패러다임의 신봉자들은 이러한 생각을 이해하지 못할 것이다. 새롭고 복잡한 기술은 비효율적인 인간 에너지를 효율적인 기계에너지로 대치함으로써 보다 큰 가치를 창출하여 사람의 짐을 덜어 준다고 주장할 것이다. 기계에너지를 더 많이 사용하는 것으로 문명의 척도를 삼는 것은 흔한 일이다.이 장에선 에너지 고갈에 대하여 적고 있는데 거기에 대한 걱정만 늘어놓을뿐 구체적인 해결책이나 다른 의견에 대해 거론되지 않앗는데 다 아는 사실이라 쓰진 않겠다.산업화된 국가들, 특히 미국은 엔트로피 분수령에 다가서고 있다. 400년이 지난 오늘, 세계는 축적된 태양 에너지를 대량 유출시킴으로써 산업 시대를 가능케 했던, 재생불가능한 자원이 차츰 고갈되어 가고 있다. 에너지 흐름이 한 단계씩 증가할 때마다 무질서가 쌓이고, 기술적, 제도적 변환 체계들은 차츰 더 복잡해지고 더 집중되고 더 전문화 하고 고장이 더 쉽게 난다.우리 모두가 여러 형태의 에너지를 변환하고 교환하고 폐기하며 살아가고 있는 만큼, 사회가 엔트로피 분수령에 다가갈수록 에너지 흐름에 이상을 느끼게 된다.재생 불가능하거나 불필요하게 복잡한 기술에 짓눌려 있기 때문에 에너지는 점점 더 많은 투자를 필요로 하게 되고, 생산하는 데 더 많은 비용이 들게 된다. 따라서 개인 기업의 자유 시장 체제하에서는 가격이 상승한다.가격 상승은 에너지를 변환하고 교환할 때 소요되는 비용과 관련되어 있다고 결론을 내렸다. 그러나 대부분의 기존 경제학자들은 임금 정책이나 금융 정책 같은 부수적인 것에만 신경쓰고 있다.실질 구매력의 감소는 소비자가 자신의 필요한 에너지를 충분히 얻을 수 없음을 의미한다. 에너지 흐름이 늦어지기 시작하면, 에너지 흐름을 직접 담당하는 경제 제도와 기구를 유지하는데 더 많은 에너지가 투입된다.소비자는 높은 물가로 고통받고, 노동자는 낮은 실질 임금 때문에 고생하지만, 세금 또한 에너지 흐름의 속도가 자연이 재생하는 속도보다 빠르게 되면, 그 차이는 차츰 커진다.쉽게 예를 들어 설명한 것이 있는데 빵의 생산과정에서부터 소비까지의 얼마나 많은 에너지가 사용하냐는 것이다. 이를 보면 재생이불가능한 자원인 화석연료에 의해 움직여지는 트럭으로 밀을 대형의 제빵공장으로 운반하고 공자으이 수많은 기계들이 빵의 정제와 강화, 굽기, 포장등 수많은 일을 하지만 능률은 매우 떨어진다. 공장에서는 밀을 고운 가루로 만들어 흔히 표백시킨다. 이러한 과정에거처 새하얀 빵이 만들어지지만 밀이 가지고 있는 중요한 영양가가 상실되기 때문에 니코틴산과 철분,치아민,리보플라빈을 더 하여 강화한다. 이어 장거리 수송용 트럭으로 판매점에 운반되어 며칠 혹은 몇주일째 점포에 진열될 것을 고려하여 방부제인 프로피온산 칼슘을 더하고 동시에 밀가루 반죽의 조정제인 황산칼슘,인산칼슘,환산암모늄,이스트균,취화칼슘,옥화칼륨등을 첨가한다. 이리하여 빵을 굽고 얇은 마분지로 된 상자에 담는다. 이종이를 상자는 또는 손님들의 눈을 끌기위해 여러 색깔의 칼라 인쇄로 되어있다. 그리고 빵을 넣은 종이 상자를 비닐주머니(석유화학제품으로 만들어져 있다.)로 싸고 비닐끈(이것도 석유화학제품으로 만들어진 것이다.)으로 묶는다. 포장한 빵을 트럭에 싣는다. 공기 조정장치가 되어 있고 형광등이 환히 켜져있는 트럭은 백뮤직이 흐르는 식료품점앞에 닿는다. 마지막으로 손님이 2톤짜리 금속덩어리(자동차)를 타고 가게로 와 빵을 산다음 집으로 돌아가서 토스트기에 넣고 굽는다. 결국 종이 상자와 비닐봉지가 버려진다.(이것이 고형페기물이되므로 처리가 필요가 생긴다) 이처럼 거창한 과정으로 거쳐온게 뭐냐 하면 130칼로리인빵인것이다.식품이 생산되어 소비자에게 넘어갈때까지 사용된 모든 에너지중 실제로 식품의 성장에 소비되는것은 20퍼센트 미만이다. 나머지 80퍼센트는 가공처리와 포장,유통,식품조리등의 각 단계에서 소비되고 있다. 빵을 만들 경우 밀을 성장시키기 위해 사용된 에너지 18퍼센트의 약2배 33퍼센트가 최초의 가공처리에서급한다.

공학/기술| 2004.10.01| 10페이지| 1,000원| 조회(404)

엔트로피, 독서감상문, 제레미리프킨

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[설계 개념] 창의적 공학설계 평가A좋아요

1장 연습문제1) 설계론과 그 목표를 알아본다.공학의 본지릉 stjfRP임에도 불고하고, 이 설계수법이 "설계법“의 영역에서 설계론내지는 설계공학이라는 형태로 승화하지 못한 까닭은 무엇 때문일까?그 첫째 이유는 해석적수법만이 이른바 학의 대상이라고 생각되었고 종합적수법을 주로 하는 설계는 학의 대상이 될수 없기 때문이다.그 둘째 이유는 설계란 깨달아가면서 익숙해지는 것이라는 풍조가 강하고 또 학문적인 필요성이 별로 인정되지 않기 때문이라는 것이다.이러한 이유에도 불구하고 지금은 설계로 또는 설계공학이 우수한 설계를 능률적으로 하는 방법을 찾아내기 위해서 공학적설계의 본질에 대해서 연구하는 학문이다.라고 정의를 지향하여 점차 그 모습을 나타내고 있다.이설계론은 크게 분류하여 다음과 같이 두 가지로 대별할수잇다. 하나는 설계검험을 기본으로 하여 설계수법을 경험적으로 체계화한 경험적 설계프로세스론이고 다른 하나는 설계수법을 수학적으로 체계화하려고 하는 이론적설계프로세스론이다. 이 양자가 합쳐질때에 설계론은 완성돼는 것이라고 생각할수 있다.드래거 교수의 과거의 경험에 사는 것은 멸망한다. 내일에 못 살것인가는 혁신적인 기술과 지식을 조직화 하는 것에 달려있다라는 말은 참으로 지당하다.(1) 설계기술자 양성의 곤란성설계기술자의 양성이나 설계팀의 구성은 근자 다음과 같이 이유 때문에 몹시 곤란을 더해가고 있다.①설계에 필요한 정보 지식이 대량화 다양화 되어 고도화되고 있다.②어세스먼트적 시야가 중대하고 있다.③학력이 평균화되어 설계팀의 구성이 몹시 곤란하게 되어있다.④분업화되어 있기 때문에 종합적인 경험이 결핍되어 있다.⑤다음절에서 설명하는 이유로 설계자가 몹시 나쁘다.⑥“사는 보람”이냐 “하겠다는 의욕”이 결여된 사람이 불어 났으며 그들에게 동기부여가 쉽지 않다.⑦현대의 청년은 과보호로 인하여 자기 중심적이고 입시의 폐단으로 응용력이 부족하다.(2)제품성격의 변화근대공업제품의 성격이 다음과 같이 현저하게 변화하였기 때문에 설계부문의 로드가 중대하고 있다.①상품의 라이프 사이클의단축되어 있다.②수주생산인 경우에는 견적요구의 건수가 늘고, 납기가 몹시 짧아지고 있다.③양산품인 경우에는 그 생산부문 뿐만 아니라 사회 환경에 대해서도 몹시커지고 있다.④요구사양이 다양화 고도화되어 있다.⑤설계에 가장 적합한 것이 요구된다.⑥업격한 품질보증이 요구되므로 신뢰성 설계가 필요하게 된다.⑦인간의 존중과 사회환경과 의 조화가 요구되기 때문에 기존하는 기술로는 여기에 적용할수 없게 되어 있다.⑧새로운 제품개발에 있어서는 모든 의미에서 실패는 용납되지 않는다.(3)개발규모의 거대화새로운 개발을 하나의 시스템으로서고도의 완성도가 요구되기 때문에 개발규모는 거대화 되고, 개발비는 거액이 되며 개발기간도 장기화 한다. 개발 요원의 수도 증가하며 그 요원의 질도 고도화 다양화되고 있다.이러한 이유에서 대형 프로젝트는 거대한 기업은 자사개발만으로 가능하게 되지만 이외에도 연구개발조합이나 개발협회에 의하는 외에 국가 사업에 의하든가,더 나아가 국제 협업에 의하지 않을수 없게 되어 있다.(4) 설계개발목표의 변화인간에게는 기능 외부화의 특성과 경험축적의 특성이 잇다. 인간은 경험 축적의 특성을 활용하여 인간의 기능을 외부화하고, 그것의 확대 강화를 위해서 새로운 기계를 만들어 내었다. 그리고 그 기계를 보다 효율적으로 가능하게끔 개량하고, 또 보다 효율적으로 생산될수 있도록 강구되어 있다.이러한 노력은 일단 성공을 거두어 인간의 기능을 확대하여 인간의 욕구를 충족한다라는 목적은 상당히 고도로 닷헝되어 그 제품이나 시스템은 점점 거대화되었으며 그 생산은 대량화되게끔 되었다. 이 때문에 목적으로 하였든 플러스기능은 충분히 달성되었지만, 그것에 수반하여 생기는 마이너스 기능도 간과못하게 되었다.또한 이 기계시스템의 이면성으로서, 인간은 이 기계시스템에 의해 만들어진 새로운 글에서 이기술환경에도 플러스기능과 마이너스 기능이 있다. 이 마이너스 기능에 의해 제 3자의 집단에 부당한 고통이나 손해를 주게끔 되어 있다.이러한 점에서 인간기능의 확대라는 시각만으로는 인류의 참된 행복을 실현할수 없다는 것이 명백하게 되어있다. 그래서 설계개발의 목표에는①인간 존중을 위한 기술②환경과의 조화를 위한 기술이 중요한 점으로 되어있다.(5) 기술 공학 상의 배경위 와같은 곤란한 상황속에서 창조활동을 하는 설계 개발을 뒷받침 하는 기술적 공학적 배경에 대해서 생각하여 보기로 한다.ⓐ공학적 배경설계는 종합인데 종합에 관한 학문은 상당히 진보발전하여 행동의 과학,시스템공학을 위시하여 신뢰성 공하그 안정공학등의 학문적 분야가 그 모습을 명확하게 나타내기 시작하였다.ⓑ하드웨어적 배경기계를 구헝하는 기계요소는 신뢰성이 높은 표준화된 것이 쉽게 입수되며 또 그 성능도 부단히 향상되고 있다. 시스템을 구성하는 구성요소인 기기류도 특별한 사양의 것으 fwpdhl하고는 범용기기로서 고성능의 것을 입수할수 잇는 상황이 되었다.재료도 다양한 요구에 부응할수 잇도록 여러 가지 특성을 가진 것이 폭넓게 준ㅂ; 될수 있도록 되어 잇다. 전자기기등도 IC,LSI의 발전에 따라 마이크로 프로세서의 형태로 기계기술자가 상당히 쉽게 기계속의 시스템에 자 넣어 이용할수 있게끔 되어 잇다.ⓒ소프트웨어적 배경컴퓨터의 이용기술이 발달하여 단지 기술계산에 쓰일 뿐만 아니고 설계의 프로세스솟이나 종합설계 생산 시스템속에 CAD/CAM으로서 대폭적으로 도입되도록 되엇다. 또 ⓑ에서 설명한 것처럼 기계내에 설치한 마이크로 프로세스를 사용하여 소프트적으로 기계의 특성의 폭을 넓히거나 최적제어를 하는것이 쉽게 되도록 되었다.위에서 설명한 것처럼 설계 개발의 배경에는 곤란한 조건이 많이 쌓여 있지만, 나중에 말한 것처럼 기술적 공학배경을 활용하여 기타의 악조건을 극복하기 위해서 설계론 필요성이 특히 커지고 있다.2)설계프로세스의 개념서계의 대강의 프로세스를 개념적으로 표시하면 그림 1-1과 같다.설계란 인간의 필요성의 인식에서 목표를 명확하게 저하고 창의와 각종정보를 종합하여 목표에 가장 적합한 기계 시스템을 창조하는 것이다.필요성?목표?창의?설계철학?정보?창조목표가 결정된 후의 설계 프로세스에 있어서의 평가기준을 어떻게 정하는가는 설계의 근본적 문제지만 목표를 결정할때까지는 계획할 때의 평가기준을 어떻게 정하는 가가 최대 문제점이다.이렇게 설계의 각 단계의 평가 기준을 정할 때에 설계 철학이 중요한 구실을 수행한다.3) 제품개발의 단계FindfilterfigureFeed backfacefixFollow upfind : 새로운 문제를 찾는 단계filter : 발견한 문제, 즉 필요성을 기술적,경제적,사회적인 기준에 비추어 분류하는 단계figure : 궁상화하는 단계로써 실제로는 설계제도를 하고 추상적인 개념을 구체적인것을 접 근시키는 단계face : 문제를 직면하는 단계로서 다량 생산의 경우에는 시험제작 시험의 잔계가 있고 소량 생산인 경우에는 실제의 제작 시운전에 상당하는 단계fix : 설계자는 설계자의 일이라고 해야 할 숙명을 갖고 있다. 새로운 제품이 완성될 즈음에 는 그 제품의 결점이 눈에 띄고 다음의 새로운 아이디어가 머릿속에 번뜩이게 된다. 그러나 이때에 즉시 다음 아이디어에 달려들어서는 그 제품이 완성되거나 성공하는 일 은 없을 것이다. 그것의 정착을 꾀하는 시기가 필요하다. 대량 생산인 경우에는 이은 생산계획 생산,판매등의 단계이다.Follow up : 제품의 사용실적을 추적조사하는 것은 그 제품을 평가하여 결과를 음미한다는 것이 된다 이것은 다음번의 새로운 문제제기나 설계정보로서 큰 구실을 할 것 이다. 이러한 의미에서 이 단계도 제품개발의 한단계라고 생각해야 할것이다.Feed back : 피드백은 크게 두가지로 나뉘는데 하나는 그제품의 완성에 필요한 피이드백이 다. 다른 하나는 다음번 제품을 보다 좋게 하기 위한 데이터 또는 문제제기를위 한 피이드백이다. 의지결정과 피이드백과의 관계는 실제로는 매우 어려운 문제 를 제공한다. 그러나 위에서 말하 svldlem 백을 두가지 종류로 나누는 것으로 이 문제는 어느정도 해결될것같다.

공학/기술| 2004.10.01| 6페이지| 1,000원| 조회(1,871)

공학설계, 설계원칙, 설계론, 설계개발원칙

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[열역학] 공업 열역학 4장 일과 열 평가B괜찮아요

제4장 일과 열4.1 일의 정의.일 : 통상 물체의 변위 dx와 변위 방향으로 작용하는 힘 F의 상승적으로 정의되는 일종의 에너지 이다. W=∫ Fdx.거시적 관점 : 만일 계 외부의 물체에 대한 전 효과가 무게를 올리는 것 이라면 그계는 일을 한 것계가 일을 계 외부로 했을 때를 정(＋)의 일, 계가 외부로부터 받앗을 때를 부(－) 의 일, 기호 W(계의 전일), w는 단위 질량당의 일4.2 일의 단위국제 표준 단위계에서는 에너지, 열량, 일의 단위로 쥬울(Joule)을 사용한다. 1dyne의 힘이 1㎝작용 했을 때의 일을 1 erg라 한다.1 Joule = 107erg, 1kilo Joule = 101.9716㎏f-m. 동력(power) 시간당 이루어진 일{동력 = { W } over {dτ }= W ( 단위 : 1㎾ = 1KJ = 101.9716 ㎏-m ≒ 102㎏-m/sec,1Hp = 33ft-lb/min = 1.0143PS, 1KW = 44.240ft-lb/min){4.3 단순 압축 시스템의 경계 이동에 따른 일왼쪽 그림과 같이 실린더와 피스톤장치내의 기체를 시스템으로 생각했을경우피스톤위에 놓인 작은 무게추들중 한 개를 제거하면 피스톤은 변위 dL 만큼 상승하게 될것이다.이변화를 준평형과정으로 생각하면 이 과저에 걸쳐 시스템이 한일 W를 계산할수 있다.기체압력을 P라하고 피스톤면적을 A라 하면 피스톤에 가해지는 힘은 PA이므로 일 W는W=PAdL여기서 ADL=dV,즉 기체의 체적변화이므로W=PDV{시작할 때 피스톤의 위치를 1, 과정이 끝난후 피스톤의 위치를 2로 했을 경우 이위치에서의 기체 상태 P-V선도에 표시, 여기서 준평형과정이란 전제는 필수.이 압축과정에서 공기에 가해진 일은 아래와같은 적분식이 나온다.1W2 ={INT _{ 1}^{2 } W= INT _{ 1}^{2 }PdVPdhkV의 관계가 실험데이터나 도표의 형태로 주어진 경우 위식의 적분을 도표나 수치 적분을 통해 계산한다. P와 V 사이의 함수식이 주어진 경우 직접 적분할수 있다.두 번째 함수식이 주어진 경우의 예로 PVn=일정 인 폴리트로픽 과정이라 들수 있다. 지수 n은 과정의 종류에 따라 - 와 + 사이의 어떤 값이라도 될 수 있다. 이 같은 과정에 대해서 위 식은 다음과 같이 적분할 수 있다.PVn=constant=P1V1n=P2V2nP={{ constant} over {Vⁿ} = {P₁V₁ⁿ } over {Vⁿ }= {P₂V₂ⁿ } over {Vⁿ }{INT _{ 1}^{2 }PdV=constant INT _{1 }^{2 } { dV} over {Vⁿ} =constant식에서 지수값이 n=1인 경우는 제외되는것에 유의해야 한다. n=1인 경우에는PV=일정=P1V1=P2V2이고 따라서4..4 다른시스템에서의 일인장력τ가장용하여 늘어나는 와이어를 시스템이라 하자. 와이어의 길이가 dL만큼 증가하면 시스템이 한 일은δW=-τdL이된다. 시스테미 일을 하면 dL이 음이 되므로 음의 부호가 있어야 한다. 이식을 적분하면1W2 = -{INT _{ 1}^{2 }τdL이된다. 적분은 도표를 이용하여 계산하거나 τ와L의 관계가 주어지면 해석적으로 rpTKS할수 있다. 와이어의 인장은 고체역학에서 일을 계산하는 문제의 쉬운 예이다.액체의 표면장력은δW=-φdA유한한 크기의 변화에 대해서는1W2 = -{INT _{ 1}^{2 }φdA전류에서는δW = -εdZ전류 i는 dZ/dt(t는 시간)와같으므로 이 식은1W2=-{INT _{ 1}^{2 } εidt4.5 일에 대한 결론{단순 압축시스템1W2 ={INT _{ 1}^{2 } W= INT _{ 1}^{2 }PdV인장된 와이어1W2 = -{INT _{ 1}^{2 }τdL액막1W2 = -{INT _{ 1}^{2 }φdA전기적 일이 있는 시스템1W2=-{INT _{ 1}^{2 } εidt4.6 열의 정의뜨거운 구리를 물에 담갔을 때 구리온도는 내려가고 물의 온도는 올라가는 것을 볼 수 있는데 이는 구리에서 물로 에너지가 전달된 결과라 할 수 있다. 이와같이 열은 주어진온도를 가진 한 시스템 경계면에서 이 보다 온도가 낮은 다른 시스템으로 두 시스템 사이의 온도차에 의해 전달되는 에너지 형태로 정의할수 있다. 다시 말해 열은 온도가 높은 시스템에서 온도가 낮은 시스템으로 전달되며 열전달은 순전히 두 시스템사이의 온도차에 의해서만 발생한다. 이와같이 열의 정의에 비춰볼 때, 물체가 열을 보유한다고는 말할수 없다. 단지 열은 시스템 경계를 통과할때만 의미를 갖는 것이다. 따라서 열은 천이현상이다.EM거운구리를 한 시스템으로 생각하고, 비이커내의 찬물을 다른 시스템이 열적으로 교류할떠 열은 구리에서 물로 전달되며 이는 온도의 평형에 이를떠까지 계속된다. 평형에 이르면 온도차가 없어지므로 열전다도 멈추게 된다. 과정의 끝에서는 두 시스템모두 열을 보유하지 않게 된다. 열은 시스템 경계를 통과하는 에너지로 정의되고 시스템 경계에서 열을 확인할수 없기 때문이다.일과 마찬가지로 열은 시스템으로 유입되거나 시스템에서 유출되는 에너지 전달 형태이다. ek라서 일의 단위, 나아가서 DJejS 형식이든지 에너지의 단위는 일의 단위와 같거나 아니면 적어도직접적으로 비례한다. SI단위계에서 열(에너지)의 단위는 줄(J)이다.시스템으로 유입되는 열은 양(+)으로 취급하고, 시스템에서 유출되는 열은 음(-)으로취급한다. ek라서 야의 열은 에너지가 시스템으로 유입되었음을, 음의 열은 시스템에서 에너지가 유츌되었음을 나타낸다. 열은 기호로 나타낸다. 여전달이 없는 (Q=0)과정은 단열과정이라 한다.수학적으로 열은 일과 마찬가지로 경로함수이며 불완전 미분량으로 나타낸다. 이것은 시스템이 상태1에서 상태2로 변화는 과정을 겪을 때 전달된 열의 양이 상태가 변하는 동안 시스템이 경험하는 경로에 따라 달라지는 것을 의미한다. 열은 불완전 미분량이므로 미분량은 δQ로 쓰고 이의 적분은{INT _{ 1}^{2 }δQ=1Q2으로 쓴다 . 즉 1Q2는 상태 1과 2사이에서 주어진 과정동안 절달된 열이다.시스템으로 열이 전달되는 단위시간당 비율은 Q로 표시한다.Q≡{{ δQ} over {dt }또 시스템의 단위질량당 열전달 q를 다르는 것이 편리할 경우가 많으며 이것을 비열전달이라 하며q≡{{ Q} over {m }으로 정의한다.4.7 열전달 방식전도(conduction):분자의 교환의 경우 평균 에너지가 큰 분자로부터 평균에너지가 작은 분자로 에너지가 전달된다. 분자들 사이의 이같은 에너지교환이 바로 전도에 의한 열전달이며 전도 열전달은 온도차가 크거나 물질의 열전달능력이 클수록 커지게 된다.Fourier의 전도 법칙 : Q=-kA{{ dT} over {Dχ }열전달률이 k: 전도율 A: 열전달 면적 그리고 온도구배에 비례하는 것대류(convection):열전달 매질유체가 유동할 때 발생, 대류 열전달에서는 어떤 온도를 가진 유체가 다른 온도를 가진 고체표면의 위나 근처를 지나가게 된다. 여기서 전도에 의한 열전달은 유체와 고체가 접촉하거나 E는 가까워지는 정도에 달라진다.

공학/기술| 2004.05.14| 6페이지| 1,000원| 조회(1,098)

열역학, 열, 일과열

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