카르노 엔진

모든 표준 열 엔진 (증기, 휘발유, 디젤)은 가스에 열을 적용하여 작동하며, 이는 실린더에서 팽창하고 피스톤을 밀어 기능을 수행합니다. 따라서 열을 작업으로 전환하는 방법을 보는 것은 간단하지만 일회성 거래입니다. 유용한 엔진을 사용하려면 계속 반복해야합니다. 가장 간단한 열 엔진은 Carnot 엔진으로 알려져 있으며 Carnot 사이클은 하나의 완전한 난방/냉각, 확장/계약주기가 원래 가스 부피 및 온도로 되돌아갑니다.

카르노 엔진이란 무엇입니까?

카르노 엔진은 카르노 사이클에 따라 작동하는 열 엔진입니다. Carnot 사이클은 두 저수지 (뜨거운 및 냉) 사이에서 기능 할 때 열 엔진이 열을 출력 작업으로 변형시킬 수있는 최대 효율을 추정합니다. Nicolas Leonard Sadi Carnot는 1824 년에 Carnot 엔진을 만들었습니다. 제작자의 이름으로 인해이 엔진은 Carnot 엔진 (Sadi Carnot)으로 인식됩니다.

Carnot 엔진은 가역적 인 기계적 및 열 상호 작용을 사용하는 모델 엔진입니다. 이 진술은 엔진의 움직임을 완료하고 엔트로피를 키우지 않고 원래 상태로 돌아갈 수있는 능력을 반영합니다 (에너지를 잃지 않고). 엔진은 에너지를 잃지 않고 초기 상태로 돌아 가기 위해 사이클 내내 열 평형 상태에 있어야합니다.

Carnot 엔진의 의미를 더 잘 이해하려면 몇 가지 용어를 설명합니다.

• 기계적 상호 작용 :마찰로 인해 에너지가 떨어지지 않기 때문에 기계적 상호 작용 과정에서 열 전달이 없습니다 (Q =0). 이것은 단열 과정이라고합니다.

• 열 상호 작용 :열 상호 작용 공정 (준 정적) 동안 열 전달은 매우 느립니다. 이는 입력/출력과 시스템 열 사이의 온도 차이가 거의 동일하다는 것을 의미하며, 이는 열 전달이 무한히 오랫동안 발생한다는 것을 의미합니다. 시스템의 고유 온도는 열 상호 작용 동안 일정하게 유지되어야합니다. 결과적 으로이 과정은 등온 과정으로 알려져 있습니다.

Carnot 엔진 원리

Nicolas Leonard Sadi Carnot 1824 년에 첫 번째 Carnot 엔진을 설계했습니다. Benoît Paul émile Clapeyron은 1834 년에 기존 모델을 수정하고 확장했습니다. 1857 년 Rudolf Clausius는 엔진을 효율성에 대해 검사했습니다. 이 엔진은 몇 가지 원칙으로 작동한다고합니다. 이러한 원칙은 다음과 같습니다.

• 돌이킬 수없는 열 엔진의 효율은 항상 동일한 두 저장소 사이에서 작동하는 가역적 인 것보다 적습니다. 

• 동일한 두 저장소 사이에서 작동하는 모든 가역 열 엔진은 동일한 효율성을 갖습니다. 

가스 전력 터빈의 열 효율을 향상시키기 위해 연소실의 온도를 높이는 것이 중요합니다. 예를 들어 터빈 블레이드는 고온 가스를 견딜 수 없어 조기 피로를 초래합니다.

카르노 사이클

Carnot 엔진의 중요성을 알기 위해서는 Carnot 엔진의 작동 방식을 알아야합니다. Carnot 엔진은 Carnot Cycle의 원리에서 작동합니다. 

Carnot 사이클은 4 단계로 나눌 수 있습니다 :

1. 등온 확장 :(a ~ b)

라인 A에서 B 위의 다이어그램에서 등온 확장 과정을 상징합니다. 등온이라는 용어는“ISO”와“Thermal”이라는 단어에서 파생됩니다. 

여기서 "ISO"는 "동일"을 의미하며, "온도"는 "열"을 의미하고 "등온"은 "온도의 변화가 없음"을 나타냅니다.

이 등온 확장 과정에서 가스가 팽창하며,이 확장은 피스톤을 위쪽으로 움직여 외부 환경에서 작동합니다. 이 과정에서 가스의 압력은 감소합니다 (위의 다이어그램에 표시된 바와 같이). 그러나이 전체 공정에서 가스 온도는 변하지 않으므로 등온 팽창 (일정한 온도 팽창)이라고합니다.

이 등온 팽창 중에 가스는 고온 저수지에서 열 에너지 QH를 흡수하여 가스의 엔트로피를 증가시킵니다 (에너지)

2. 단열 확장 :(b ~ c)

단열 팽창 과정에서 가스가 무기한으로 확장됩니다. 내부 에너지 중 일부가 수행 한 작업에 비례하여 손실되면서 압력이 감소하고, 부피가 상승하고 온도가 감소합니다.

이 가스 팽창 공정은 피스톤을 위쪽으로 강제하고 외부 환경에서 작동합니다. 가스 팽창은 가스를 냉각시키고 열을 첨가하지 않고 온도를 "차가운"온도로 변환합니다.

3. 등온 압축 (c ~ d)

주변 환경은이 과정에서 가스에서 작동하여 열이 시스템에서 냉장 저수지로 전달됩니다. 가스의 온도는 등온 압축 공정 동안 일정하게 유지됩니다. 그럼에도 불구하고 압력이 상승하고 가스 부피가 떨어집니다. 열 에너지는이 과정으로 인해 시스템에서 냉장 저수지로 이동해야하며 시스템의 엔트로피가 감소합니다.

4. 단열 압축 (d ~ a)

위의 그래프의 줄 d는 단열 가역 압축 과정을 나타냅니다. 피스톤과 실린더는이 과정에서 다시 분리 될 것으로 추정되며, 핫 저장소는 제거되어야합니다. 환경은 피스톤을 아래로 이동 시켜이 단계에서 가스에서 지속적으로 작동합니다. 

피스톤이 더 내려 오면 가스를 지속적으로 압축하고 온도와 압력을 P3에서 P1로 올립니다 (위와 같이). 이 과정은 가스의 내부 에너지를 증가시키고 압축하며 온도를 TC에서 T로 올립니다. 엔트로피는 단열 과정에서 일정하게 유지됩니다. 그런 다음 사이클은 반복됩니다.

Carnot 정리는 무엇입니까?

우리가 Carnot 정리를 따르면 다음을 따릅니다.

• 두 유사한 저수지 사이에서 작동하는 모든 가역 열 엔진의 생산성은 동일합니다.

• 두 저수지 사이에서 작동하는 가역적 카르노 히트 엔진의 생산성은 동일한 저수지에서 작동하는 돌이킬 수없는 열 엔진의 생산성보다 높습니다.

• 카르노 엔진의 최대 효율성은 다음과 같습니다.

결론

Carnot 엔진은 Carnot 엔진의 원리에 맞는 엔진입니다. 이 기사에서는 Carnot 엔진과 Carnot 엔진의 중요성을 강조했습니다. Carnot 사이클은 네 부분으로 나뉘어있는 복잡한 프로세스입니다.