1. 열역학 용어
ㅇ 열역학적 계 (系, Thermodynamics System)
- 열역학적 연구 대상이 되는 공간이나 물질의 영역
. (관심 대상 영역에 따라) 우주 = 계 + (경계) + 주위
. (에너지,질량 이동 여부에 따라) 고립계 밀폐계 개방계
.. (계의 경계에서 주위와, `물질` 및 `에너지`를 교환하는지 여부에 따라, 구분됨)
. (열의 이동 여부에 따라) 단열, 투열
ㅇ 열역학적 상태 (Thermodynamic State) : 열역학적 계의 거시적 성질
- 크기 (extensive) 성질 : 종량적 상태량
- 세기 (intensity) 성질 : 강성적 상태량
ㅇ 열역학적 평형 상태 (Thermodynamic Equilibrium)
- 시간에 따라 변하지 않고, 흐름도 없음
- 평형의 종류 : 열적 평형, 역학적 평형, 상 평형, 화학적 평형
ㅇ 열 저장고 (Heat Reservoir), 열 에너지 저장조 (Thermal Energy Reservoir)
- 열용량이 매우 커서, 열을 조금 잃거나 얻더라도 온도 변화가 없는 저장체
. 열을 주고받아도, 온도변화가 거의 없는, 매우 큰 열용량을 갖는, 가상의 물체
.. 例) 대기, 바다, 호수, 강 등
ㅇ 사이클 (Cycle) / 순환 과정 (Cyclic Process)
- 여러 상태를 거쳐 처음 상태로 다시 되돌아오는 순환 과정
. 例) 카르노 사이클, 랭킨 사이클 등
- 사이클 장치 例) 열 기관, 냉동기, 열 펌프 등
ㅇ 카르노 사이클 (Carnot Cycle)
- 완전히 가역적인 열기관 사이클 (가설적,이상적)
ㅇ 폴리트로픽 과정 (Polytropic Process)
- P Vn = 일정
ㅇ 랭킨 사이클 (Rankine Cycle)
- 열에서 축 일로 변환시키는 순환 과정
ㅇ 열 교환기 (Heat Exchanger)
- 광의로는 열의 이동이 일어나는 보일러,냉각기,응축기 등 모두를 포함하나,
- 주로, 열의 회수가 일어나는 부분을 열 교환기라고 함
ㅇ 열 기관 (Heat Engine)
- 열을 일로 변환시키는 장치
ㅇ 작동 유체 (Working Fluid)
- 열역학 사이클 동안에, 열을 흡수하고 이를 방출하는 유체
ㅇ 열 효율 (Thermal Efficiency)
- 열 입력이 일 출력으로 변환된 비율
. 열 기관의 성능 척도
- 열 효율 = (순 일 출력) / (총 열 입력)
- 열 효율 例)
. 불꽃 점화 자동차 엔진 : 약 25%
. 디젤 엔진, 대형 가스 터빈 : 약 40%
. 대형 가스 증기 복합 원동소 : 약 60%
ㅇ 줄-톰슨 효과 (Joule-Thomson effect)
- 기체가 팽창할 때의 냉각 효과
. 기체를 강하게 압축하여 분출시키면 온도를 극적으로 내려서 기체의 액화가 가능
ㅇ 냉동기 (Refrigerator)
- 낮은 온도의 물체에서 높은 온도의 물체로 열전달을 하는, 사이클 장치
- 구성 요소 : 압축기, 응축기, 팽창 밸브, 증발기
- 냉동 사이클
. 증기 압축식 냉동 사이클 : 냉매의 증발,응축이 교대로 일어나며, 증기 상태로 압축됨
. 기체 냉동 사이클 등
- 냉동 사이클에 사용되는 작동 유체 : 냉매 (refrigerant)
ㅇ 열역학적 일의 생산 및 소비 장치 例)
- 일 생산 장치 例) : 자동차 엔진, 가스 터빈, 증기 터빈 등
- 일 소비 장치 例) : 압축기, 팬, 펌프 등
ㅇ 열 펌프 (Heat Pump)
- 낮은 온도에서 열을 흡수하여, 높은 온도에서 열을 방출하는 기기
. 냉방, 난방 등에 사용됨