- 관련 문서 : 열역학
1 개요
열역학의 기초를 닦은 카르노의 이름을 딴 카르노 기관은 모든 과정이 가역 과정인 카르노 순환으로 이루어진 이상적인 기관이다. 열기관은 열에너지를 역학적 에너지로 전환하는 에너지 변환장치인데, 카르노 기관은 같은 조건에서 효율이 가장 높은 기관이다.[1] [2]즉 카르노 기관보다 높은 효율의 기관은 만들 수 없다. 일종의 상한선인 셈.
2 카르노 순환
카르노 순환은 다음 4가지 과정을 거친다.
- 가역 등온 팽창
- 가역 단열 팽창 (등엔트로피 팽창)
- 가역 등온 압축
- 가역 단열 압축
3 효율
열기관의 효율은 일/투입된 열량 인데, 위 s-T그래프[3]에서 확인할 수 있듯이 카르노 열기관의 효율은 고온부와 저온부의 비율만으로만 알 수 있다.
[math]\eta=\frac{ W }{ Q_{H} }=\frac{ Q_{H}-Q_{C} }{ Q_{H} }=\frac{ T_{H}-T_{C} }{ T_{H} }=1-\frac{ T_{C} }{ T_{H} } [/math]
- ↑ 그냥 효율이 높은 게 아니라, 카르노 열기관이 이상적인 효율이 가장 높은 기관이다.
- ↑ 시간을 고려한다면 카르노기관의 효율을 0으로 볼 수도 있다. 왜냐하면 물리적 압축/팽창 과정이 가역적으로 일어나기 위해서는 무한히 긴 시간이 필요하기 때문이다. 따라서 에너지를 투입해도 유한한 시간 안에 일을 얻지못한다.
- ↑ 엔트로피-온도 그래프. 따라서 넓이는 에너지를 나타낸다. 다만 카르노가 이 기관을 제안할 당시에는 엔트로피라는 개념은 없었다. 열역학 제 2법칙이 없는 단계에서 순수 직관적 사고만으로 제안한 기관인 셈. 오오..과연 에콜 폴리테크닉..