카르노 사이클의 특징과 열효율 높이는 방법

카르노 사이클의 이해

• 2개의 등온과정과 2개의 단열과정으로 이루어짐
• 두 온도 사이에서 이론적으로 최고의 효율을 갖는 사이클
• 가역사이클을 설명함

 

Reflections on the motive power of fire,

and on machines fitted to develop that power

Sadi Carnot

1825

 

 

1->2 등온팽창

2->3 단열팽창

3->4 등온압축

4->1 단열압축

 

(1) 열효율

η= 외부에 한일/공급된 열량 = W/Qa = (Qa-Qr)/Qa = 1-(Qr/Qa) = 1-(Tr/Ta)

Qa = 들어오는 열

Qr = 나가는 열

 

** 열효율을 높이는 방법

1. 고온체의 온도를 높인다.
2. 저온체의 온도를 낮춘다.
3. 고온체-저온체의 차이를 크게한다.

** 열효율을 높이는 방법에 밀도, 마찰 등은 상관없음. 가역과정이기 때문에.

 

(2) 냉동기의 성능계수

β = 저열원으로부터 흡수한 열량/ 외부로부터 공급받은 일 = Qr/W = Qr/(Qa-Qr) = Tr/(Ta-Tr)

 

 

(3) 예제 문제

어떤 카르노 사이클이 527℃와 15℃의 온도 범위에서 작동할 때, 이 카르노 사이클의 열효율을 구하라.

η=1-(T2/T1) = 1-(273+15)/(273+527) = 0.64 = 64%