열 엔진 분석 : 행동의 열역학의 두 번째 법

열 엔진의 연구는 열역학의 원리로 매혹적인 glimpse를 제공합니다, 특히 두번째 법. 이 법은 에너지 시스템이 열 엔진의 효율성과 운영을 위해 엄청난 영향을 얻은 증가한 entropy의 상태를 향해 이동하는 경향이있다.

열 엔진 이해

열 엔진은 열 에너지를 기계 작업으로 변환하는 장치입니다. 그들은 고온 소스에서 열을 흡수하는 작업 유체를 사용하여 열역학의 원리에 작동하며 작업이 수행되고, 저온 싱크에 열을 방출합니다. 이 과정은 전력 식물에서 자동차에 이르기까지 다양한 응용 분야에 기초합니다.

열 엔진의 유형

내부 연소 엔진
외부 연소 엔진
증기 엔진
가스 터빈

열 엔진의 각 유형은 특정한 주기 및 원리의 밑에 작동하고, 그러나 그들은 모두 일로 열 에너지 변환의 일반적인 목표를 공유합니다. 이 엔진을 이해하는 것은 그들이 이용하는 열역학 주기의 파악을 요구합니다.

Thermodynamics의 두 번째 법

Thermodynamics의 두 번째 법은 어떤 시스템에서 에너지의 행동을 지배하는 기본 원칙입니다. 그것은 어떤 에너지 전송에, 항상 entropy에서 증가에 선도하는 쓸모 에너지의 손실이 될 것입니다. 열 엔진의 맥락에서, 이 법은 엔진이 100 % 효율적 일 수 있음을 예측합니다.

열 엔진에 대한 적용

열 엔진의 두 번째 법의 의미는 크게:

최대 효율은 열원 및 싱크의 온도에 따라 결정되는 Carnot 효율성에 의해 제한됩니다.
열 엔진은 열을 환경에 풀어야하며, 열의 증가가 급성한 결과를 갖추게 됩니다.
열 엔진의 성능은 향상 될 수 있지만 열의 완전한 변환을 달성하는 시점에 결코 일할 수 있습니다.

Carnot 주기: 이론적인 모형

Carnot 주기는 2개의 온도 reservoirs 사이 열 엔진의 최대 가능한 효율성을 설명하는 이론적인 모형입니다. 그것은 4개의 역방향성 과정으로 이루어져 있습니다: 2개의 isothermal와 2개의 adiabatic 과정.

Carnot 주기의 과정

Isothermal Expansion: 작업 유체는 열을 고온 공기에서 흡수하고, 확장 및 수행 작업을.
Adiabatic 확장: 유체는 열 교환 없이 계속 확장하고, 그것의 온도를 낮추기.
Isothermal Compression: 유체는 압축되는 동안 냉수에 열을 방출합니다.
Adiabatic 압축: 액체는 열 교환 없이, 본래 국가에 그것의 온도를 다시 올리는 압축 입니다.

Carnot 주기의 효율성은 공식으로 표현될 수 있습니다:

효능 = 1 - (T_cold / T_hot])]]

Heat Engines의 실시간 응용

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자동차

자동차의 내부 연소 엔진은 기계 에너지로 연료를 변환하지만 일반적으로 20-30 %의 efficiencies에서 작동됩니다. 이것은 배기 열과 마찰을 통해 에너지 손실로 주로 발생합니다.

전력 공장

열전력 발전소는 증기 터빈을 사용하여 화석 연료를 전기로 연소하여 열 에너지를 변환합니다. 이 식물의 효율성은 종종 재료의 온도 한계와 폐열을 거부 할 필요가 있습니다.

재생 에너지 시스템

태양 열 에너지 시스템과 같은 혁신적인 기술은 열 엔진을 전기로 변환하는 데 사용됩니다. 그들은 유망한 효율성을 제공하면서 여전히 두 번째 법과 관련된 도전을 직면합니다.