[열역학] 열역학 역사, 열역학 법칙, 열역학과 실생활

목차

[서론]
1. 열역학 법칙의 역사
　A. 열역학의 역사 및 발전 과정
　B. 열역학의 사회적 의미
[본론]
2. 열역학 제0법칙
　A. 정의
　B. 실생활 적용 예시
3. 열역학 제1법칙
　A. 정의
　B. 실생활 적용 예시
4. 열역학 제3법칙
　A. 정의
　B. 실생활 적용 예시
5. 열역학 제3법칙
　A. 정의
6. 에어컨_열역학 사이클의 이용
　A. 에어컨의 냉동 사이클
　B. 냉동 사이클 해석
7. [결론]
8. 참고문헌

본문내용

고 이를 바꾸어 말하면 냉매는 실내 공기로부터 열을 빼앗는 것이다. 그러나 증발이 완료되기 전까지는 증기 상태이므로 아무리 열을 가해도(엔탈피가 증가하여도) 온도는 변하지 않는다. 정적 과정에서 온도가 동일하면 압력도 동일하다는 게이 뤼삭-마리오테의 법칙을 원용하면 엔탈피가 증가할 때 압력이 일정한 A - B 구간이 설명이 된다.
실제로 증발기를 통과할 때 냉매는 완전 증발하여 과열 증기의 상태가 된다(B - C). 과열 증기는 기체(단상)이므로 이때부터 빼앗는 열은 온도 변화의 요인이 되는 현열이다. 압력은 변하지 않는 상태에서 온도가 올라가니까 체적이 올라가게 되므로(샤를의 법칙) 가스 상태로 변하게 되는 것이다. C 점과 B 점 사이의 온도차를 흔히 과열도라고 하는데 이는 냉방 성능과 압축기 보호에 밀접한 관계가 있으므로 성능 설계자에게는 아주 중요한 인자이다.
구역 II(C - D)를 살펴보자면, 실내를 열심히 통과한 냉매는 연장 배관(실내기와 실외기를 접속하는 배관)을 통해 실외기로 넘어가면 곧바로 압축기를 만나게 된다. 압축기는 말 그대로 압축을 하는 기기인 데, 압축을 하므로 압력은 올라가고 일을 하므로 엔탈피는 증가하게 된다. 또한 압력이 증가하므로 온도가 증가하여 압축기를 통과한 냉매의 온도는 상당히 높아지게 된다.
구역 III은 실외 열교환기(응축기)를 나타내는 데, 이는 열을 받은 냉매의 열을 처리하는 기기라고 이해해도 된다. 열역학 제 1법칙인 에너지 보존의 법칙에 의하여 주변에서 열을 빼앗았으니 이제 이 열을 주변으로 내 주어야 한다. 그리하여 주변의 공기를 가열시키면서 냉매는 가스(단상) - 증기(2상) - 냉매(단상)까지 온도가 낮아지며 상변화를 한다(응축된다). 이때는 압력이 변하지 않으면서 열을 빼앗기기 때문에 엔탈피는 감소하게 된다. 구간 E - F는 냉매가 과냉각되는 상태를 나타낸다.
구역 IV(F - A)는 액화된 냉매를 다시 증기 상태로 만들어 주는 팽창 장치를 나타내며 실제로 소형 에어컨에서는 모세관을 사용한다. 팽창 장치라고 하는 이유는 체적이 작은 액냉매를 2상 상태인 증기로, 즉 체적을 증가시켜 주기 때문이다. 이 과정에서 열을 주고받는 일은 없으므로 엔탈피 변화는 없고, 체적이 증가하므로 압력이 낮아지게 된다.
이렇게 해서 한 사이클이 형성되기가 바쁘게 캐리어의 효율 좋은 압축기는 냉매를 계속 압축하므로 냉매는 I - IV 구역을 쉴 틈도 없이 순환하게 된다. 에어컨의 원리에서 가장 중요한 것은 역시 증발 과정인 데 증발기 주변에서 열을 빼앗겨 차가워진 공기를 가만 두면 안 되므로 송풍기를 통해 강제로 실내에 뿌려 주는 것이다. 실외측도 마찬가지로 송풍기로 뜨거워진 공기를 강제 배출하게 되는 데 그래서 더운 여름날 에어컨 실외기 주변에 가 있으면 더욱 더운 것이다.
구역
I
II
III
IV
구간
A - B - C
C-D
D - E- F
F - A
과정
증발
압축
응축
팽창
기기
증발기
압축기
응축기
팽창 장치
냉매 상태
증기 - 과열 증기
과열 증기
과열증기-증기-냉매
냉매 - 증기
냉매의 상
2상 - 기상
기상
기상 - 2상 - 액상
액상 - 2상
엔탈피
증가
증가
감소
불변
압력
불변
증가
불변
감소
온도
불변 - 증가
증가
감소 - 불변 - 감소
감소
7. 결론
열역학의 역사부터 시작해서, 각각의 열역학 법칙과 그에 대한 실생활에서의 예, 그리고 열역학 사이클을 응용한 에어컨까지 알아봤다. 수업시간에 열역학을 배우면서 ‘도대체 지금 배우는 것을 어디에 사용하는 걸까?’라는 의문이 자주 들었었는데, 열역학의 실생활 적용에 대한 조사를 해보니 열역학이 우리의 삶에 많은 부분을 차지하고 있다는 것을 알게 되었다. 열역학 각 법칙의 사소한 예에서부터, 지금 틀고 있는 에어컨에 이르기까지, 실생활의 많은 부분에 열역학이 숨어있었다. 앞으로도 열역학을 꾸준히 공부해서 엔지니어로서의 미래를 대비해야겠다.
8. 참고문헌
-기본 열역학 / 홍콩과학출판사 / YUNUS A. CENGEL, MICHAEL A. BOLES
-길잡이 열역학 / 범한서적주식회사 / 김찬중
-알기 쉬운 열의 세계 / 보성각 / 장길홍
-대학 물리학/ 대웅 / Young, Hugh D
-볼츠만이 들려주는 열역학 이야기 / 자음과모음 / 정완상
-수학 없는 물리 / 에드텍 / Hewitt, Paul G
-INTRODUCTION TO THE THERMODDYNAMICS OF MATERIALS / TAYLOR&FRANCIS / David R. Gaskell

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