[기계공학] 열역학 개념 정리

열역학이란?

 

열역학은 열과 일이 에너지를 전달하는 과정을 해석한 학문입니다. 

이를 통해서 엔진, 에어컨, 히터 같은 기계를 설계할수있습니다.

 

 

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1.열역학 제0법칙과 열전달 

 

1)열역학 제0법칙 (열평형 법칙)

 

열은 고온에서 저온으로 이동하는 성질을 가집니다.
여름에 해변가면 쉬원한 이유도 바다로 고온의 열이 이동하기 때문입니다.

 

2) 열전달의 종류 

 

전도는 물체끼리 직접 접촉하여 열전달을 하며, 열변형이 큽니다. 그다음 대류는 유체를 통해 열전달을 하며, 열변형은 전도보다 작다. 히터와 에어컨이 예입니다. 마직으로 복사는 전자기파를 통해 열전달을 하고, 열변형이 작습니다. 레이저나 적외선이 예입니다.

 

 

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1. 열역학 제1법칙과 에너지 

열역학 1법칙은 에너지 보존법칙을 말합니다. 에너지는 사라지지 않고 다른곳으로 이동합니다.

 

1)에너지 전달 수단 

 

여기서 주의 할것은 열은 에너지가 아닙니다. 그리고 동역학에서 배웠던 일도 에너지가 아니며 단지 에너지를 전달하는 수단입니다. 즉 열과 일은 사라질수있습니다.

 

 

2) 에너지 방정식 

 

 

 

밀폐계는 계안으로 질량이 있는 물체가 출입하지 않고 오로지 일과 열의 의해서 에너지가 전달됩니다. 

개방계는 질량까지 출입하게 되죠

출처: 티스토리

3)순수 물질의 에너지 해석 

 

①이상기체 방정식 

에너지를 해석하기 위해 아래 식이 필요합니다.

 

②완전가스 상태변화 (PV선도)

밀폐계에서 완전가스 상태일때 해당 상태변화를 통해서 일과 열의 전달과정을 알수있습니다. 

 

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2. 열기관과 열역학 제 2법칙 

 

1) 열기관과 냉각기

열기관과 냉각기의 차이는 열기관은 받은 열을 일로 만들어 내고 냉각기는 받은 열을 뿐만아니라 일까지 투입시켜
더 높은 고온의 열을 방출시킵니다. 결과적으로 밀폐계안에서는 저온을 만들수있습니다.

 

 

2) 열역학 제 2법칙 

①열기관은 하나의 열저장조로 작동할수없다. (최소 2개 이상)
②열효율은 100%가 없다. (열이 배출되야 하기때문)
③일없이는 열 전달이 불가능하다. 

3)엔트로피 

PV선도에서는 일을 얼마만큼 할수있는지 짐작한다면 엔프로피에서는 열을 얼마나 전달 받았는지 짐작가능합니다.

 

 

 

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※  기체동력사이클 

 

1)카르노 사이클 

 

 

 

2)오토사이클 

 

 

3)디젤 사이클 

 

 

4)냉동사이클(역카르노 사이클)