[화학공학실험(2)] 화공열역학 Heat Engine Cycle (열기관) A+

소개

"[화학공학실험(2)] 화공열역학 Heat Engine Cycle (열기관) A+"에 대한 내용입니다.

목차

1. 목적

2. 이론
1) 열기관(Heat engine)
2) 열기관의 열 효율
3) 카르노기관 (Carnot Heat engine)

3. 실험 장치 및 재료

4. 실험방법

5. 추론

6. introduction and statement of principles

7. Data and results, figures, graphs, and equation&computations
1) Unit conversion
2) Constructing a P-V diagram
3) Calculation of Work, Heat, and Efficiency

8. Individual Discussion & Conclusion

9. References

본문내용

1. 목적
(1) 열기관의 작동 원리와 이상기체 법칙과의 관계를 이해한다.
(2) 뜨거운 저장고에서 열에너지를 추출하여 차가운 저장고의 열에너지를 배출하는 열기관 장치를 이해한다.

2. 이론
(1) 열기관(Heat engine): 열기관에서는 열이 기체나 액체 등의 매개체를 통해 고온 열원에서 저온 열원으로 이동한다. 이때 열 에너지 중 일부가 기계적인 일을 할 수 있는 열역학 에너지로 바뀌고 나머지는 저온 열원으로 사라진다. 이러한 열기관들은 가열된 기체의 팽창운동을 피스톤의 운동 등 기계의 움직임으로 바꿔줌으로써 열을 일로 바꾼다.

열기관의 순환 과정은 아래의 그림과 같다. 연료를 태웠을 때 나오는 열을 이용하여 열기관 내의 물이 수증기로 바뀌고(열 흡수), 이 수증기로 인해 움직이게 된다.(열의 일부가 일로 전환) 이 수증기를 ‘작동 물질’이라 한다. 작동 물질은 중기기관에는 수증기나 물이 해당되고, 자동차의 내연 기관에는 공기와 연료의 혼합기체가 해당된다. 일을 하고 나고 작동 물질이 열을 바깥으로 방출(열 방출)하여 원래 상태로 되돌아온다.

(2) 열기관의 열 효율: 열기관은 고열원에서 열을 흡수하여 외부에 W 만큼 일하고 저열원으로 남은 열을 방출한다. 이때 열기관이 한 번의 순환과정을 거치면 다시 원래 상태로 되돌아오므로, 한 번의 순환 과정 동안 열기관의 내부에너지는 변화가 없다.
∆ U=0,W=Q_1-Q_2
e=W/Q_1 =(Q_1-Q_2)/Q_1

(3) 카르노기관 (Carnot Heat engine): 같은 온도 사이에서 작동하는 열기관 중 열효율이 이론적으로 가능한 최댓값을 가지는 이상적인 열이관으로써 이상 기체를 작동 물질로 사용하는 열 기관이다. 카르노기관의 열효율은 다음과 같다.
e=(Q_h-Q_l)/Q_h =(T_h-T_l)/T_h
저열원의 절대 온도가 0K 또는 고열원의 절대 온도가 무한대가 될 수 없으므로, 카르노 기관의 열효율은 1봐 작다.

참고자료

· 화학백과. [이상기체법칙] https://terms.naver.com/entry.naver?cid=62802&docId=5662961&categoryId=62802