엔진에서 열역학은 어떻게 적용되나요?
안녕하세요. 흔히들 사용하는 엔진에서 기계공학적 열역학은 어떻게 적용되서 우리에게 만들어지는지 열역학의 어떤 부분을 사용하나요?
안녕하세요. 안다람 전문가입니다.
기계공학적 열역학은 엔진에서 다음과 같이 적용됩니다.
열역학 제 1법칙은 연료의 화학에너지가 열에너지로 변환되어 기계적 일로 전환되는 과정을 설명하며
제2법칙은 엔진의 효율에 한계를 둡니다. 카르노 사이클은 이상적인 열기관의 모델로 실제 엔진의 최대 효율을 계산하는 기준이 되며 열효율은 연료의 열에너지 중 유용한 일로 변환되는 양을 나타냅니다.
또한 엔트로피는 비가역 과정으로 인한 에너지 손실을 설명하고 등온,단열,등적 과정은 실제 엔진사이클의 작동 원리를 설명합니다.
이러한 원리들은 엔진 성능 향상, 효율 최적화 및 연료 소비와 배기가스 배출 감소에 활용됩니다.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.안녕하세요.
엔진에서는 열역학 1법칙과 2법칙이 적용되어, 연료의 화학 에너지를 열로 변환하고 이를 통해 피스톤을 움직여 기계적 에너지를 생성합니다. 이 과정에서 열-일 변환 효율을 최적화하여 에너지를 최대한 유용하게 사용하는 것이 핵심이라 할 수 있습니다.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
엔진에서의 열역학 이라면
열역학 제 2법칙의 카르노 기관에 대해 이해해야합니다.
열기관은 열 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치로, 열기관의 열효율은 이론적으로 제한될 수 밖에 없습니다.
열역학 제 2법칙을 바탕으로 열기관의 최대 열효율을 계산가능한
이론적 모델을 제시하게 되는데
이 모델이 프랑스 물리학자 사디 카르노가 제시한 카르노 기관입니다.
이는 열기관의 성능한계를 보여주는 이론적 토대를 마련하였고
열역학 제2법칙에 부합하면서도 열기관의 효율을 최대화 할 수 있는 이상적 사이클을 설계했습니다.
즉 이것은 실제 열기관 성능 향상을 위한 이론적 기반을 만들었다는 의미를 가잡니다.
카르노 사이클(Carnot cycle)
등온 팽창,단열 팽창, 등온 압축, 단열 압축을 거치는 이상적인 가역 사이클
등온팽창
고온 열원에서 열 흡수하며 작업 수행
이 과정 작업 중 온도는 일정 유지
단열 팽창
외부와 열교환 없이 내부 에너지만으로 팽창발생 단계
이 과정에서 시스템 온도 감소
등온 압축
저온 열원으로 열을 방출하며 시스템 압축하는 단계
여기서 외부로부터 일을받아 시스템내부 에너지 증가하나, 생성 열이 저온 열원으로 방출됨
단열압축
외부 열교환 없이 내부 에너지만으로 압축 단계
이 과정에서 시스템온도 증가
외부로 부터 얻은 일로 인해 시스템 내부 에너지 증가
카르노 기관(Carnot engine)
카르노 사이클(Carnot cycle)을 따르는 이상적인 열 기관
카르노 기관은 이상 기체를 작동 유체로 사용하는 가상의 열 기관을 말합니다.
실제로 실현이 불가능한 기관이며 열 손실이 없기 때문에 존재하는 열 기관 중 가장 높은 효율을 가집니다.
카르노 기관의 4단계 순환과정은
열역학 2 법칙을 만족하면서도 열기관의 효율을 극대화 가능한 방식으로 구성되어 있습니다.
이런 방식을오 열기관의 성능한계를 보여주고
실제 열기관 설계 / 성능향상을 목적으로 할 때
이론적 바탕을 제공한다는 의미를 가집니다.
실제 열기관의 효율은 카르노 기관으 이상적 효율보다 높을 수는 없으나
카르노 기관은 열역학 이론 발전과 열기관 기술혁신에 있어 핵심적 역할을 해오고 있습니다.
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