열역학 제 1법칙,제2법칙

소개글

열역학 제 1법칙,제2법칙에 대한 보고서 자료입니다.

목차

없음

본문내용

야 한다. 열기관이 고온 의 열 저장체에서 열을 흡수할 때, 열기관의 작동 재료는 의 온도에 있어야 하지만 이것이 아니면 비가역적 열 흐름이 생겨난다. 이와 마찬가
지로 열기관이 낮은 온도의 열 저장체로 열을 버릴 때도 열기관은 의 온도를 유지해야 한다. 즉, 열 흐름을 포함하는 과정은 과 모두에서 등온 과정이어야 한다.
반대로 열기관의 작동 재료의 온도가 과 사이에 있을 때는, 열기관과 열 저장체 사이에 비가역적인 열 흐름이 없어야 한다. 따라서 작동 재료의 온도 T가 변하는 과정은 단열이어야만 한다. 다시 말해 이상적인 순환 과정의 모든 과정은 등온 또는 단열이어야만 한다. 또한 이 각각의 과정이 완전히 가역적이기 위해서는 열적 및 역학적 평형이 항상 유지되어야 한다.
따라서 카르노 순환 과정은 두 개의 가역적 등온 과정과 두 개의 가역적 단열과적으로 이루어 지게 되며 다음의 단계를 거치게 된다.
기체는 의 온도에서 등온 팽창을 하여 열 을 흡수한다 (a-b)
이는 온도가 로 떨어지며 단열 팽창을 한다. (b-c)
의 온도에서 등온 압축이 되며 열 를 방출한다. (c-d)
다시 처음의 의 온도가 되도록 단열 압축이 된다. (d-a)
이 과정에 사용된 기체가 이상기체라고 가정할 경우 카르노 순환과정의 열효율 e를 구해보자.
이상기체에선 내부 에너지 U가 온도에만 의존하므로 따라서 등온 과정에선 일정하다. 즉, 등온팽창 ab에서 내부에너지 변화량 이므로 은 기체가 팽창하는 동안에 한 일 와 같다. 따라서
이고, 마찬가지 방법으로 는
이다. 는 보다 작으므로 는 음수이다. 즉, 온도 에서 등온압축 동안의 열은 기체로부터 나오는 것이다.
열효율 을 알 기 위해 두 양의 비는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
이 결과는 카르노 기관이 단지 두 열용기의 온도에만 의존하고 있음을 보여주고 있다. 즉, 온도차가 크면 효율이 커질 것이며, 온조차가 거의 없으면 효율이 매우 작을 것이다. 따라서 =0이라면 이 기관의 열 효율은 100%가 될 수 있을 것이다. 그런데 아쉽게도 절대온도 K가 0이 되는 것은 불가능 하기 때문에 이상적인 가역적 열기관에서도 역시 에너지효율이 100%가 될 수 없다.
이것은 동시에, 어떠한 열 기관도 카르노 기관보다 더 효율적일 수 없다는 것을 말하고 있다. 카르노 순환 과정은 모두 가역적이고 전 순환을 뒤집을 수 있지만 실제 열 기관은 비가역적으로 작동하고 있기 때문이다.

키워드

열역학 ,   제1법칙,   제2법칙,   열역학