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Mechanics/열역학13

열역학13-등엔트로피 효율 열역학에서의 설계 변수 입구에선 측정이 용이한 압력과 온도를 주로 설계변수로 사용하며, 출구에선 압력을 주로 설계변수로 사용한다. 입구상태 : 출구상태 : 효율 열기관 사이클의 효율 여기서 은 열효율이며, 는 사이클의 순일, 는 고온저장조로부터 전달된 열을 의미한다. 일반적으로 효율은 투입된 에너지 대비 사용되는 에너지 혹은 일의 비율로 정의되는데, 여기서는 가 투입된 에너지이며 가 사용되는 일이다. 열기관의 효율은 위와같이 정의되지만 각 구성요소(예: 터빈, 압축기(펌프), 노즐)에 대한 효율을 정의 할 때, 이상과정과 실제과정을 비교한 효율은 이상과정에 얼마나 가까운지 설명할 수 있는 척도가 되므로 이런 효율은 매우 쓸모 있다고 할 수 있다. 이런 효율을 등엔트로피 효율 혹은 제 1법칙 효율이라고 한.. 2018. 10. 21.
열역학12-엔트로피 증가 원리 및 검사 체적에서의 열역학 제 2법칙 검사질량에 대한 엔트로피 증가 원리 검사질량에 대한 엔트로피 증가의 원리에 대해 살펴보기 위해 다음과 같은 단순화된 시스템을 고려해본다. (그림 참고) 엔트로피변화량 = +유입량 -유출량 +생성량 제 1법칙 여기서 E는 에너지이며, Q는 열, W는 일이다. 제 2법칙 여기서 S는 엔트로피 T는 온도이고, 제 1법칙 식을 다 더하면 다음과 같다. 즉 총 에너지 변화는 없다. 에너지는 보존된다. 제 2법칙 식을 다 더하면 여기서 전달항은 소거되며 남는 것은 엔트로피 생성항이다. 모든 과정이 가역이면 우변은 0이 되겠지만 가역은 불가능하기 때문에 엔트로피는 생성될 수 밖에 없다. 이를 엔트로피 증가 원리라고 한다. 검사체적의 상태변화에서 열역학 제 2법칙 시간 변화율로 나타낸 검사 질량에 대한 열역학 제 2법.. 2018. 10. 21.
열역학11-폴리트로픽 과정 유도, 고체 액체 이상기체에서의 엔트로피 변화, 이상기체의 가역폴리트로픽과정, 상태량 관계식, 열역학 상태량 관계식 압축성 물질에 대해 다음과 같은 관계식은 중요하기 때문에 이 관계식을 유도하기로 한다. 여기서 T는 온도, S는 엔트로피, U는 내부에너지 P는 압력, V는 체적, H는 엔탈피이다. 첫 번째 관계식 첫 번째 관계식은 정지해 있으며 중력의 영향을 받지 않는 단순 압축성 물질을 고려하여 유도 할 수 있있는대 이 물질에 대해 열역학 제 1법칙을 쓴다면 다음과 같다. 여기서 Q는 열, W는 일이다. 그리고 일어나는 과정이 가역과정이라면 아래와 같이표현이 가능하다. 이 값들을 첫째식에 대입을 한다면 아래와 같다. 두 번째 관계식 엔탈피는 다음과 같이 정의되므로, 이 식을 양변에 대해 전미분을 한다면 다음과 같다. VdP를 이항하여 식을 정리하면 다음과 같이 표현이 가능하다. 위의 식을 첫 번.. 2018. 10. 20.
열역학10-사이클 변화 및 검사질량에 대한 열역학 제2법칙 사이클 변화에 대한 열역학 제 2법칙 Clausius 부등식 열역학 제 2법칙을 설명하는 Clausius 부등식은 아래와 같이 정의된다. 열기관 사이클에 대한 열역학 제 2법칙 열기관은 고온의 열을 받아 저온저장조로 열을 배출하는 동시에 유용한 기계적 일을 창출하는 기관이고, 단순 개략도로 보면 아래와 같이 표현할 수 있다. 일상생활에서 찾아볼 수 있는 열기관의 대표적인 예로 자동차 엔진이 있다. 위의 그림애서 는 고온저장조에서의 전달된 열, 는 저온저장조로 전달되는 열 W는 엔진에서 발생하는 일이다. 위 열기관에서 밑에 같은 결과를 얻을 수 있다. 또한 고온 저장조와 저온 저장조의 온도가 일정하고 위의 사이클이 가역이라고 본다면 다음과 같이 쓸 수 있다. 여기서 T는 온도이며, 따라서 다음과 같은 두 .. 2018. 10. 20.
열역학9-열역학 온도척도와 이상기체 온도척도 열역학 온도척도 절대 온도 척도라고 부를 수 있는 온도 척도가 필요하다. 그리고 Carnot 사이클의 효율은 온도에만 의존하기 때문에 이 사실을 이용해 열역학 온도척도의 기초를 마련할 수 있다. 이 식에서 프사이는 함수관계를 의미하고,는 저온저장조에서의 열전달량, 는 고온저장조에서의 열전달량, 는 저온저장조에서의 온도, 는 고온저장조에서의 온도를 의미한다. 위 식을 만족하는 함수 관계는 여러 가지가 있다. 여기서 가장 단순한 방법은 단순히 저온저장조와 고온저장조의 절대온도의 비율로 나타낼 수 있으며, 이는 Carnot사이클을 사용하여 간단하게 나타내는 것과 동일하다. 그 이유는 Carnot사이클은 고온과 저온의 온도의 비율과 고온 및 저온저장조로부터의 열전달량의 비율이 같기 때문이다. 따라서 다음과 같은.. 2018. 10. 20.
열역학8-가역 과정과, 비가역요인, 카르노 사이클 가역과정과 비가역 요인 가역과정 한번 진행된 과정이 역으로 진행될 수 있으며 그때 시스템이나 주위에 아무런 변화를 남기지 않는 이상적인 과정이다. 용어적 의미로 보면 뒤로 돌아가는게(역) 가능하다(가)라는 의미이므로 되돌릴 수 있는 그런 이상적인 과정을 의미한다.그럼 비가역 요인 ① 마찰 - 추가 내려 가면서 블록을 경사면을 따라 끌어올린다. 이 과정에서 일정량의 일이 필요하다. 일 중에는 마찰을 극복하는대 필요하며, 일부는 블록의 위치에너지를 올리는 데 필요하다. 추의 일부를 제거하면 블록은 경사면을 미끄러져 내려가 원래의 자리로 되돌아 간다. 블록이 원래의 온도를 회복하는 동안 주위로 얼마 간의 열전달이 있을 것이 확실하다. 따라서 역과정이 완료 되었을 때 주위는 처음 상태로 회복하지 않았으므로, 마.. 2018. 10. 20.
열역학7-열기관과 냉동기 및 열역학 제2법칙 열기관과 냉동기 열기관이란?열기관 개략도 고온 저장조로부터 열을 받아 일을 하는 장치이다. 여기서 열을 받거나 열을 방출한 물질을 작동 물질 혹은 작동 유체라고 한다.엄밀하게 말하면 열역학적 사이클을 따르는 기관이지만 넓게보면 열전달이나 연소에 의하여 일하는 장치로 총칭하기도 한다.열기관 효율은 다음과 같이 계산된다. 냉동기(열펌프)란? 냉동기(열펌프) 개략도 냉동기(열펌프)는 일을 투입하여 저온저장조로부터 열을 빼앗아와 고온저장조로 보내주는 장치이다. 저온저장조(차가운 쪽)를 사용하는 경우 냉동기라고하고 고온저장조(뜨거운 쪽)를 사용하는 경우는 열펌프라고 한다. 일상생활에서 많의 사용되는 냉동기의 경우 냉장고, 에어컨 등이 있다.열펌프의 사용 예로는 시스템 에어컨과 같이 냉난방이 둘 다 가능한 경우 난.. 2018. 10. 20.
열역학6-정상상태 정상유동, 균일상태 균일유동 과정에서의 열역학 제 1법칙 사전지식 https://kongdols-room.tistory.com/2https://kongdols-room.tistory.com/3https://kongdols-room.tistory.com/4https://kongdols-room.tistory.com/5 정상상태, 정상유동 과정 ① 정상 상태 정상 유동 과정일 때 검사 체적은 좌표계 상에서 움직이지 않는다. ② 정상 상태 검사 체적 속의 각 점에서 질량의 상태는 시간에 따라 변하지 않는다. 쉽게 설명하자면 시간의 변화에 따라 검사 체적 속의 상태가 변화하지 않고 질량이 검사 체적 내에 쌓이지 않는 것이다. ③ 정상 유동 질량이 검사면을 통과할 때, 검사면 위에 있는 각 유동 면적을 지나는 질량의 상태와 질량 플럭스는 시간에 따라 변하지 않는다. 검.. 2018. 10. 19.
열역학5-질량보존법칙과 검사체적에서의 제 1법칙 문제해석 및 풀이 기법 ① 무엇이 검사 체적 혹은 검사 질량인가? 두 개 이상이 필요하거나 유리한가? 개략도를 그리고 일과 열의 흐름과 외부 압력, 중력과 같은 힘을 표시한다.② 초기 상태는 무엇을 알고 있는가?③ 나중 상태는 무엇을 알고 있는가?④ 과정에 대해서는 무엇을 알고 있는가? 상수이거나 0인 것이 있는가? 두 상태량 간의 함수관계를 알고 있는 것이 있는가?⑤ 위의 2, 3, 4단계 내용을(T-v 혹은 P-v 선도와 같은) 선도 상에 그리는 것이 도움이 되는가?⑦ 문제 해석에 사용하는 법칙은 무엇인가?(즉, 검사 표면에서 각종 일, 제 1법칙과 질량 보존 법칙을 검토 하는가?)⑧ 풀이 기법은 무엇인가? 7단계까지 분석한 내용으로부터 어떻게 답을 얻을 수 있는가? 시행착오법이 필요한가? 질량 보존.. 2018. 10. 16.
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