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제목	답변완료 카르노 사이클 최고효율의 사이클 증명
질문유형	강좌내용	교수님	권준표
과목	공업열역학	강좌명
작성자	김빈 (k****1)	등록일	2020-05-20 21:12
https://www.youtube.com/watch?v=MX42pmaA61I&t=2987s 이 강의의 마지막 질문에 대한 답을 알고 싶습니다. 답변 완료된 질문과 답변은 수정 및 삭제가 불가합니다.

댓글: 0

권*표 교수님

답변

카르노 사이클은 강의에서 많이 설명드렸다시피,

카르노 사이클(ideal gas)은 총 4 가지의 운동 형태를 갖습니다.

가역 단열 압축
가역 등온 팽창
가역 단열 팽창
가역 등온 압축

이 글을 읽고 나면 아마 위의 과정을 딱 보는 순간
이 과정 자체가 모순 덩어리인 말도 안되는 가정이고
이상적인 upper threshold (최대 기준값) 을 제공할 뿐
현실적으로 실현될 수 없는 기관임을 아실 겁니다.

여러 가지 내용이 있겠지만,

개인적으로 생각하는 가장 중요한 2 가지 결론만 말씀드리면 아래와 같겠습니다.

열전달 과정은 대표적인 비가역 과정 중에 하나이다.
등온 과정은 시스템이 열을 받아서 최대 일을 만들 수 있는 열역학적 과정이다.

위의 유투브 영상에서 보셨겠지만,

카르노 사이클의 열효율이 최대라는 사실은

열역학 제 2법칙을 통해 충분히 증명해드린 바 있습니다.

하지만 결국

카르노 사이클의 각 과정이 갖는

열역학적 과정에 대한 이해를 하지 못하면

왜 이 사이클이 열역학적으로 이상적인 사이클인지 알 수가 없습니다.

카르노 사이클의 가장 중요한 특징 3 가지를 뽑으면 아래와 같습니다.

Carnot cycle’s essential characteristics

가역과정
두 열원 사이에서 운전되는 사이클이며 등온과정으로 열전달이 진행됨. (열을 받을 때는 가장 높은 온도에서 열을 흡수하고, 열을 방출할 때는 가장 낮은 온도에서 열을 방출함.)
작동 물질에 무관하다.

이러한 특징들이

카르노 사이클을 특별하게 만드는 겁니다.

일단 가역과정에 대한 이해가 필요할 것 같습니다.

가역과정은 여러분들도 아시겠지만

주위에 변화를 남기지 않고,

언제든 돌아올 수 있는 이상적인 과정을 말합니다.

주위에 어떠한 변화를 남기지 않고 과정이 진행되기 때문에

과정 중에 엔트로피의 변화량이 0가 되겠습니다.

아래의 그림은

quasi-static (준평형) 과정이 왜 reversible 로 간주될 수 있는가에 관한 내용입니다.

그리고 반대인 fast process 는 irreverisble 로 간주될 수 있음을 알려줍니다.

그렇다면 기본적으로 가역과정을 가정하는

카르노 사이클은

분명 현실에서 존재할 수 없는 이상적인 사이클인 첫 번째 이유가 됩니다.

두 번째로 등온과정에서의 열전달 인데요.

열전달은 기본적으로 비가역 과정입니다.

그렇지만 카르노 사이클은

열원과 시스템 사이의 열전달이

같은 온도 상태에서 진행된다고 말하고 있습니다.

이는 이론적으로만 가능한

이상적인 과정이라고 할 수 있겠습니다.

이에 대한 좀더 자세한 설명은

곧 오픈될 열역학 제대로 끝내기에서 확인하실 수 있겠습니다.

세번 째 이유인 작동 물질에 무관한 사이클이라는 것은 충분히 이해가 되실 것이라고 생각합니다.

좀 더 추가로 말씀드리고 싶은 내용은

열역학적 과정인데요.

열역학적 과정은 크게 4가지가 있습니다.

정적과정
등온과정
정압과정
단열과정

각 과정의 특징과 성격에 대해서 강의에서 수도 없이 강조한 바 있으나,

짧게 요약하면 아래와 같습니다.

$Q = U + W = U + p Delta{V}$ (열역학 제 1법칙)

정적과정 (no boundary work, 받은 열을 다 내부에너지로 저장한다.): $Q = U + p Delta{V} = U$
등온과정 (no internal energy increase, 받은 열을 다 일로 전환한다): $Q = U + p Delta{V} = p Delta{V}$
정압과정 (받은 열을 적절하게 내부에너지 증가, 일로 변환하는데에 쓴다.): $Q = U + p Delta{V}$
단열과정 (받은 열이 없다. 자기 내부에너지를 써서 일을 한다.): $Q = U + p Delta{V} = 0$