열역학 사이클

열역학적 사이클은 열 전달과 시스템 내에서의 작업 및 시스템 내에서의 압력, 온도 및 기타 상태 변수와 관련된 일련의 열역학적 프로세스로 구성되며, 최종적으로 시스템을 초기 ^[1]상태로 되돌립니다.사이클을 통과하는 과정에서 작동유체(시스템)는 온원으로부터의 열을 유용한 작업으로 변환하고 남은 열을 콜드 싱크로 처리하여 히트 엔진 역할을 할 수 있다.반대로 사이클을 반전시켜 냉원으로부터의 열을 이동시켜 온수 싱크대에 전달함으로써 히트 펌프로서 기능하는 워크를 이용해도 좋다.사이클의 모든 점에서 시스템은 열역학적 평형 상태에 있으므로 사이클은 가역적입니다(엔트로피가 상태 함수이므로 엔트로피 변화는 0입니다).

폐쇄 사이클 동안 시스템은 온도와 압력의 원래 열역학 상태로 돌아갑니다.열이나 작업 등의 공정량(또는 경로량)은 프로세스에 따라 달라집니다.시스템이 초기 상태로 돌아가는 주기의 경우 열역학 제1법칙이 적용됩니다.

\displaystyle \Delta U=E_{in}-E_{out}=0}

위는 사이클에 따라 시스템의 내부 에너지( $\displaystyle$ U $U$ 에 변화가 없음을 나타냅니다. $(\$ in $E_{in}$ })은 사이클 중의 총 작업량과 열량을 $E_{out}$ $(\$ 은 $E_{out}$ 사이클 중의 총 작업량과 열량을 나타냅니다.프로세스 경로의 반복적인 특성으로 인해 연속적인 작동이 가능하므로 사이클은 열역학에서 중요한 개념입니다.열역학적 사이클은 실제 장치의 작동 모델링에서 준정적 프로세스로 수학적으로 표현되는 경우가 많습니다.

열과 작업

열역학 사이클의 두 가지 주요 클래스는 전원 사이클과 히트 펌프 사이클입니다.전원 사이클은 일부 열 입력을 기계적 작업 출력으로 변환하는 사이클이며, 열 펌프 사이클은 기계적 작업을 입력으로 사용하여 낮은 온도에서 높은 온도로 열을 전달합니다.전적으로 준정적 프로세스로 구성된 사이클은 프로세스 방향을 제어함으로써 전원 또는 히트 펌프 사이클로 작동할 수 있습니다.압력-부피(PV) 다이어그램 또는 온도-엔트로피 다이어그램에서 시계 방향과 시계 반대 방향은 각각 전원 및 히트 펌프 사이클을 나타냅니다.

업무와의 관계

순작업은 (a) 팽창으로 인해 물질에 수행된 작업의 리만 합에서 (b) 재압축 작업을 뺀 값이기 때문에 내부 면적과 같다.

열역학 사이클 중 상태 특성의 순변화는 0이므로 PV 다이어그램에서 닫힌 루프를 형성합니다.PV 다이어그램의 Y축은 압력(P)을 나타내고 X축은 볼륨(V)을 나타냅니다.루프로 둘러싸인 영역은 프로세스에 의해 실행되는 작업(W)입니다.

{\displaystyle\text{(1)}}\qquad W=\point P\dV}

이 작업은 시스템으로 전달되는 열 균형(Q)과 동일합니다.

{\displaystyle\text{(2)}}\qquad W=Q_{in}-Q_{out}

식 (2)는 제1법칙과 일치한다.순환 과정 중에 내부 에너지가 변화하더라도 순환 과정이 끝날 때 시스템의 내부 에너지는 프로세스를 시작할 때 가졌던 에너지와 같다.

순환 프로세스가 루프 주위로 시계 방향으로 이동하면 W는 양수이며 열 엔진을 나타냅니다.시계 반대 방향으로 움직이면 W가 음이 되고 히트 펌프를 나타냅니다.

열역학 과정 목록

열역학 사이클의 여러 단계를 설명하기 위해 다음과 같은 프로세스가 자주 사용됩니다.

단열 : 사이클의 그 부분 동안 열(Q)이 δQ=0이 되므로 에너지가 전달되지 않는다.에너지 전달은 시스템에 의해서만 이루어지는 작업으로 간주됩니다.
등온 : 사이클의 그 부분(T=θ, δT=0) 동안 공정이 일정한 온도에 있습니다.에너지 전달은 시스템에서 열이 제거되거나 시스템에 의해 수행되는 것으로 간주됩니다.
Isobaric : 사이클의 그 부분의 압력은 일정하게 유지된다. (P=θ, δP=0).에너지 전달은 시스템에서 열이 제거되거나 시스템에 의해 수행되는 것으로 간주됩니다.
Isocoric : 공정은 일정한 부피(V=θ, δV=0)이다.에너지 전달은 시스템에서 열이 제거되거나 시스템에 의해 수행되는 것으로 간주됩니다.
Isentropic : 일정한 엔트로피(S=delopy, δS=0)의 프로세스이다.단열(열이나 질량 교환 없음)이며 가역적입니다.
Isentalpic : 엔탈피 또는 특정 엔탈피의 변화 없이 진행되는 과정
폴리트로픽: 관계를 따르는 프로세스: $pV^{\,n}=C$ $pV^{\,n}=C$ n $=$ {\ $displaystyle pV^{,n$ }= $C}$
리버서블: 순엔트로피 생성량이 0인 프로세스: $dS-{\frac {dQ}{T}}=0$ S $dS-{\frac {dQ}{T}}=0$ - $dS-{\frac {dQ}{T}}=0$ $dS-{\frac {dQ}{T}}=0$ T $dS-{\frac {dQ}{T}}=0$ {\ $displaystyle dS-{\frac {dQ}{$ $T}}=0}$

예제:오토 사이클

열역학 사이클의 각 점에 대한 설명입니다.

오토 사이클은 가역 열역학 사이클의 한 예입니다.

1→2: 등엔트로픽/단열 팽창:일정한 엔트로피(s), 압력 감소(P), 체적 증가(v), 온도 감소(T)
2→3: 등온 냉각:일정 체적(v), 압력 감소(P), 엔트로피 감소(S), 온도 감소(T)
3→4: 등엔트로픽/단열 압축:일정한 엔트로피(s), 압력 증가(P), 체적 감소(v), 온도 증가(T)
4→1: 등온 가열:일정 체적(v), 압력 증가(P), 엔트로피 증가(S), 온도 증가(T)

전원 재투입

히트 엔진 다이어그램.

열역학적 전원 사이클은 전 세계 전력의 대부분을 공급하고 대부분의 자동차를 운행하는 열 엔진의 작동의 기초입니다.전원 사이클은 실제 사이클과 이상적인 사이클의 두 가지 카테고리로 나눌 수 있습니다.실제 장치에서 발생하는 주기(실제 주기)는 복잡한 효과(마찰)가 존재하며 평형 조건을 확립하기에 충분한 시간이 없기 때문에 분석하기가 어렵다.분석 및 설계를 위해 이상적인 모델(이상적 사이클)이 생성됩니다.이러한 이상적인 모델은 엔지니어가 실제 사이클 모델에 존재하는 복잡한 세부 사항을 파악하는 데 상당한 시간을 할애하지 않고도 사이클을 지배하는 주요 파라미터의 효과를 연구할 수 있도록 합니다.

전원 사이클은 모델링을 원하는 열 엔진의 유형에 따라 나눌 수도 있습니다.내연기관 모델링에 가장 많이 사용되는 사이클은 가솔린 엔진을 모델링하는 오토 사이클과 디젤 엔진을 모델링하는 디젤 사이클입니다.외부 연소 엔진을 모델링하는 사이클에는 가스 터빈을 모델링하는 브레이튼 사이클, 증기 터빈을 모델링하는 랭킨 사이클, 열풍 엔진을 모델링하는 스털링 사이클 및 열풍 엔진을 모델링하는 에릭슨 사이클이 포함됩니다.

화살표로 표시된 시계 방향 열역학 사이클은 사이클이 열 엔진을 나타낸다는 것을 나타냅니다.주기는 4개의 상태(교차로 표시된 점)와 4개의 열역학 프로세스(선)로 구성됩니다.

예를 들어, 4개의 열역학 프로세스로 구성된 이상적인 스털링 사이클(net work out)의 압력-볼륨 기계적 작업 출력은 다음과^{[citation needed]}^{[dubious – discuss]} 같습니다.

{\text{(3)}}\qquad W_{\rm {net}}=W_{1\to2}+W_{2\to3}+W_{3\to4}+W_{4\to1}

W_{1\to2}=\int _{V_{2}}P,dV,{\text{negative, work on system}

{\displaystyle W_{2\to3}=\int _{V_{3}}{\text{}V_{2}=V_{3}}이후 작업 없음

W_{3\to 4}=\int _{V_{4}P,dV,{\text{positive, work by system}

{\displaystyle W_{4\to1}=\int _{V_{1}}{\text{V_{4}=V_{1}}이후 작업 없음

이상적인 스털링 사이클의 경우 프로세스 4-1과 2-3에서는 볼륨 변화가 발생하지 않으므로 식 (3)은 다음과 같이 단순화됩니다.

{\text{(4)}}\qquad W_{\rm {net}}=W_{1\to2}+W_{3\to4

히트 펌프 사이클

열역학적 히트 펌프 사이클은 가정용 히트 펌프 및 냉장고의 모델입니다.냉장고의 용도는 매우 작은 공간을 냉각하는 반면 가정용 히트 펌프는 집을 따뜻하게 하거나 냉각하는 데 사용되는 것을 제외하고는 둘 사이에 차이가 없습니다.둘 다 차가운 공간에서 따뜻한 공간으로 열을 이동시킴으로써 작동합니다.가장 일반적인 냉동 사이클은 증기 압축 사이클로, 상변화 냉매를 사용하여 시스템을 모델링합니다.흡수 냉동 사이클은 액체 용액에서 냉매를 증발시키는 대신 흡수하는 대안입니다.가스 냉동 사이클에는 역 브레이튼 사이클과 햄슨-린드 사이클이 포함됩니다.여러 압축 및 팽창 사이클을 통해 가스 냉각 시스템이 가스를 액화시킬 수 있습니다.

실제 시스템 모델링

이상적인 프로세스에 의해 모델링된 실제 시스템의 예: 가스터빈 엔진의 실제 프로세스에 매핑된 브레이튼 사이클의 PV 및 TS 다이어그램

열역학적 사이클은 실제 디바이스와 시스템의 모델화에 사용할 수 있습니다.일반적으로 일련의 ^[2]가정을 함으로써 문제를 보다 관리하기 ^[2]쉬운 형태로 줄이기 위해 가정을 단순화할 필요가 있습니다.예를 들어 그림과 같이 가스터빈이나 제트 엔진 등의 장치를 브레이튼 사이클로 모델링할 수 있습니다.실제 장치는 일련의 단계로 구성되며, 각 단계는 이상적인 열역학 프로세스로 모델링됩니다.작동 유체에 작용하는 각 단계는 복잡한 실제 장치이지만, 실제 거동에 가까운 이상적인 프로세스로 모델링될 수 있습니다.연소 이외의 방법으로 에너지를 추가할 경우 배기 가스가 배기 가스로부터 열교환기로 전달되어 폐열을 환경으로 흡수하고 작동 가스는 흡입 단계에서 재사용된다는 가정도 있습니다.

이상적인 사이클과 실제 퍼포먼스의 차이는 ^[2]매우 클 수 있습니다.예를 들어, 다음 이미지는 이상적인 스털링 사이클에 의해 예측되는 작업 출력의 차이와 스털링 엔진의 실제 성능을 보여줍니다.


이상적인 스털링 사이클	실제 퍼포먼스	실제 및 이상적인 중첩으로 작업 출력의 차이를 보여줍니다.

사이클의 순작업출력은 사이클의 내부로 나타나므로 이상적인 사이클의 예측작업출력과 실제엔진이 나타내는 실제작업출력에 큰 차이가 있다.또한 실제 개별 프로세스는 이상적인 프로세스와 다른 것으로 관찰될 수 있습니다. 예를 들어, 등각성 팽창(공정 1-2)은 실제 부피 변화에 따라 발생합니다.

잘 알려진 열역학 사이클

실제로 단순 이상화된 열역학 사이클은 일반적으로 4개의 열역학 프로세스로 이루어집니다.모든 열역학 프로세스를 사용할 수 있습니다.그러나 이상화 사이클을 모델링할 때는 등온 프로세스(정온), 등압 프로세스(정압), 등압 프로세스(정용량), 등온 프로세스(정엔트로피), 등온 프로세스(정엔탈피) 등 하나의 상태 변수가 일정하게 유지되는 프로세스를 사용하는 경우가 많다.열이 교환되지 않는 단열 공정도 종종 사용됩니다.

열역학 사이클의 예와 그 구성 프로세스는 다음과 같습니다.


사이클	압축, 1→2	열가산, 2→3	확장, 3→4	열제거, 4→1	메모들
외부 연소 - 또는 히트 펌프 사이클과 함께 정상적으로 전원을 껐다 켜십시오.
벨 콜먼	단열성	등압의	단열성	등압의	역 브레이튼 사이클
카르노	등엔트로픽	등온	등엔트로픽	등온	카르노 열기관
에릭슨	등온	등압의	등온	등압의	1853년부터의 두 번째 에릭슨 사이클
랭킨	단열성	등압의	단열성	등압의	증기 기관
흡습성	단열성	등압의	단열성	등압의
스쿠데리	단열성	가변 압력 및 볼륨	단열성	등화성의
스털링	등온	등화성의	등온	등화성의	스털링 엔진
맨슨	등온	등화성의	등온	등화성 후 단열성	Manson 및 Manson-Guise 엔진
스토다드	단열성	등압의	단열성	등압의
내연과 함께 정상적으로 전원을 껐다 켜짐:
앳킨슨	등엔트로픽	등화성의	등엔트로픽	등화성의	V₁ < V라는₄ 점에서 오토 사이클과 다릅니다.
브레이튼	단열성	등압의	단열성	등압의	램젯, 터보젯, -프롭 및 -샤프트.원래 왕복 엔진에 사용하기 위해 개발되었습니다.이 사이클의 외연 버전은 1833년부터의 첫 번째 에릭슨 사이클로 알려져 있습니다.
디젤	단열성	등압의	단열성	등화성의	디젤 엔진
험프리	등엔트로픽	등화성의	등엔트로픽	등압의	Shcramjets, 펄스 및 연속 폭발 엔진
레누아르		등화성의	단열성	등압의	맥박제트.1→2는 열 제거와 압축을 모두 수행합니다.원래 왕복 엔진에 사용하기 위해 개발되었습니다.
오토	등엔트로픽	등화성의	등엔트로픽	등화성의	가솔린/휘발유 엔진

이상적인 사이클

이상적인 사이클 히트 엔진(시계 방향으로 화살표)의 그림입니다.

이상적인 사이클은 분석하기가 간단하며 다음과 같이 구성됩니다.

루프 상단(A)과 하단(C): 병렬 등압 프로세스 쌍
루프의 오른쪽(B) 및 왼쪽(D): 병렬 등화 프로세스 쌍

작동 물질이 완벽한 기체일 $경우$ , U $\displaystyle$ U는 $U$ 내부 압력이 사라지기 때문에 폐쇄 시스템에 대한 T $\displaystyle$ T의 $T$ $T$ 일 뿐이다.따라서 초기 $상태 a$ 에서 $a$ 최종 $상태 b$ 로 $b$ 연결되는 다양한 과정을 거치는 완전 가스의 내부 에너지 변화는 항상 다음 공식에 의해 주어진다.

 $\displaystyle \Delta U=\int _{a}^{b}C_{v}dT}$

$C_{v}$ v \ $displaystyle C_{v}}$ 가 $C_{{v}}$ 일정하다고 가정할 때, 완벽한 기체에 의해 수행되는 공정은 $\Delta U=C_{v}\Delta T$ U $\Delta U=C_{v}\Delta T$ $\Delta U=C_{v}\Delta T$ v $\Delta U=C_{v}\Delta T$ T $\Delta U=C_{v}\Delta T$ \ $display$ style \ $Delta$ U = $C_{v}\ Delta$ T이다 $\Delta U=C_{v}\Delta T$ .

이 가정 하에서 프로세스 A와 C에는 W $W=p\Delta v$ $W=p\Delta v$ $W=p\Delta v$ v { $style$ W $=p\Delta v}$ 및 $W=p\Delta v$ $Q=C_{p}\Delta T$ $Q=C_{p}\Delta T$ $Q=C_{p}\Delta T$ $Q=C_{p}\Delta T$ T $Q=C_{p}\Delta T$ { $displaystyle$ Q $=C_{p}\Delta$ T $Q=C_{p}\Delta T$ 가 $W=0$ 있고 프로세스 B와 D에는 W $W=0$ $W=0$ = $W$ $Q=\Delta U=C_{v}\Delta T$ $=$ 0 $style$ W = style W = 0 styledisplay T가 있습니다.

사이클당 수행된 총 작업은 $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ e $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ ( $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ 2 - $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ 1) $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ + $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ ( $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ - $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ 3) $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ $p$ ( $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ 2 - $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ ) + $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ C $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ ( $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ 1 $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ - $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ ) $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ ( $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ A - $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ ) $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ ( $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ 2 - $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ 1 $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ ) \ $style$ W $_$ { cycle = { 2 $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ } { V ( { A $W_{cycle}=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{4}-v_{3})=p_{A}(v_{2}-v_{1})+p_{C}(v_{1}-v_{2})=(p_{A}-p_{C})(v_{2}-v_{1})$ } $-v_{1$

직사각형의 면적입니다.사이클당 총 열량이 필요한 경우 쉽게 얻을 수 있습니다. $\Delta U_{cycle}=Q_{cycle}-W_{cycle}=0$ $\Delta U_{cycle}=Q_{cycle}-W_{cycle}=0$ $\Delta U_{cycle}=Q_{cycle}-W_{cycle}=0$ $\Delta U_{cycle}=Q_{cycle}-W_{cycle}=0$ $\Delta U_{cycle}=Q_{cycle}-W_{cycle}=0$ $\Delta U_{cycle}=Q_{cycle}-W_{cycle}=0$ e $\Delta U_{cycle}=Q_{cycle}-W_{cycle}=0$ $\Delta U_{cycle}=Q_{cycle}-W_{cycle}=0$ $\Delta U_{cycle}=Q_{cycle}-W_{cycle}=0$ y $\Delta U_{cycle}=Q_{cycle}-W_{cycle}=0$ $\Delta U_{cycle}=Q_{cycle}-W_{cycle}=0$ e - $\Delta U_{cycle}=Q_{cycle}-W_{cycle}=0$ $\Delta U_{cycle}=Q_{cycle}-W_{cycle}=0$ $\Delta U_{cycle}=Q_{cycle}-W_{cycle}=0$ c $\Delta U_{cycle}=Q_{cycle}-W_{cycle}=0$ c $\Delta U_{cycle}=Q_{cycle}-W_{cycle}=0$ $\Delta U_{cycle}=Q_{cycle}-W_{cycle}=0$ $=$ 0 $(\ displaystyle$ \ $Delta U_{$ cycle}) $=$ $Q_{$ cycle $}-W_{cycle}=0$ $Q_{cycle}=W_{cycle}$ c $Q_{cycle}=W_{cycle}$ $Q_{cycle}=W_{cycle}$ e $Q_{cycle}=W_{cycle}$ $Q_{cycle}=W_{cycle}$ $Q_{cycle}=W_{cycle}$ $Q_{cycle}=W_{cycle}$ $Q_{cycle}=W_{cycle}$ $Q_{cycle}=W_{cycle}$ { $display$ Q _ { $cycle$ } $=$ $W_{$ cycle $Q_{cycle}=W_{cycle}$

따라서 사이클당 총 열 흐름은 각 단계의 열 용량과 온도 변화를 파악하지 않고 계산됩니다(단, 이 정보는 사이클의 열역학 효율을 평가하는 데 필요합니다).

카르노 사이클

카르노 사이클은 등엔트로픽 압축과 팽창, 등온열 추가 및 제거의 완전히 가역적인 프로세스로 구성됩니다.카르노 사이클의 열효율은 열전달이 이루어지는 두 저장소의 절대온도에만 의존하며, 전원사이클의 경우 다음과 같습니다.

{\displaystyle \eta = 1-{\frac {T_{L}}{T_{H}}}}}}:

${T_{L}}$ 서 ${T_{L}}$ L $({$ 은 ${T_{L}}$ 최저 사이클 ${T_{H}}$ 이고 ${T_{H}}$ H({ $displaystyle {T_{$ $H}}}$ 이 ${T_{H}}$ 가장 높습니다.Carnot 전원 주기의 경우 열 펌프의 성능 계수는 다음과 같습니다.

\COP=1+{\frac {T_{L}}{T_{H}-T_{L}}}

냉장고의 성능 계수는 다음과 같습니다.

{\displaystyle\COP=param frac {T_{L}}{T_{H}-T_{L}}}}

열역학 제2법칙은 모든 순환 장치의 효율과 COP를 카르노 효율 이하의 수준으로 제한합니다.스털링 사이클과 에릭슨 사이클은 재생을 사용하여 등온 열 전달을 얻는 다른 두 가지 가역 사이클입니다.

스털링 사이클

스털링 사이클은 단열부가 등온부로 대체된다는 점을 제외하면 오토 사이클과 유사합니다.또한 등압 프로세스를 정전량 프로세스로 대체한 Ericsson 사이클과 동일합니다.

루프 상단 및 하단: 한 쌍의 준병렬 등온 프로세스
루프의 왼쪽과 오른쪽: 병렬 등화 프로세스 쌍

열은 위쪽 등온선과 왼쪽 등온선을 통해 루프에 유입되며, 이 열의 일부는 아래쪽 등온선과 오른쪽 등온선을 통해 역류하지만, 대부분의 열 흐름은 한 쌍의 등온선을 통해 흐릅니다.사이클에 의해 수행되는 모든 작업은 Q=W에서 설명하는 등온 프로세스 쌍에 의해 수행되므로 이는 타당합니다.이는 모든 순열이 상부 등온선을 통해 유입된다는 것을 나타냅니다.실제로 왼쪽 등온선을 통해 들어오는 모든 열은 오른쪽 등온선을 통해 나옵니다. 상단 등온선은 모두 같은 $T_{H}$ 의 $(\$ T_ ${H})$ 이고 $T_{H}$ 하단 등온선은 모두 같은 $T_{C}$ 의 $(\$ 에 있으며, 하단 등온선은 모두 같은 온도의 TC(\displaystyle T_ ${$ C})에 있기 때문입니다.온도 변화에 비례하여 왼쪽 아이소코어를 통해 들어오는 모든 열은 오른쪽 아이소코어에서 나오는 열에 의해 정확히 상쇄됩니다.

상태 함수 및 엔트로피

Z가 상태 함수인 경우 Z의 균형은 주기 과정 동안 변경되지 않습니다.

\oint dZ=0

d Z

=

0

{

displaystyle

\

point dZ =

0

\oint dZ=0

}

\oint dZ=0

。

엔트로피는 상태 함수이며 절대적인 의미에서 열역학 제3법칙을 통해 정의됩니다.

S=\int _{0}^{T} {dQ_{rev} \over T

여기서 절대 0에서 최종 상태로 가역 경로가 선택되고 등온 가역 과정이

\Delta S={Q_{rev} \over T}

\Delta S={Q_{rev} \over T}

=

\Delta S={Q_{rev} \over T}

e

\Delta S={Q_{rev} \over T}

v

T

{

displaystyle

\

Delta

S = {

Q_{rev

} \over

\Delta S={Q_{rev} \over T}

T

\Delta S={Q_{rev} \over T}

。

일반적으로, 모든 주기적 프로세스에 대해 상태점은 가역 경로로 연결될 수 있으며, 따라서 다음과 같습니다.

\displaystyle \point dS=\point {dQ_{rev} \over T}=0}

즉, 작동 유체의 순 엔트로피 변화가 0임을 의미합니다.

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

^ Cengel, Yunus A.; Boles, Michael A. (2002). Thermodynamics: an engineering approach. Boston: McGraw-Hill. pp. 14. ISBN 0-07-238332-1.
^ ^a ^b ^c 센겔, 유누스 A;Boles, Michael A. (2002)열역학: 공학적 접근법입니다.보스턴: 맥그로 힐 452페이지ISBN 0-07-238332-1.

추가 정보

할리데이, 레스닉 & 워커.물리학의 기초, 제5판John Wiley & Sons, 1997년21장 엔트로피와 열역학 제2법칙.
첸겔, 유누스 A., 마이클 A.열역학: 엔지니어링 어프로치, 제7판뉴욕: McGraw-Hill, 2011.인쇄.
힐과 피터슨."추진기 및 열역학", 제2판.프렌티스 홀, 1991년760pp.

외부 링크

[1] Cengel, Yunus A.; Boles, Michael A. (2002). Thermodynamics: an engineering approach. Boston: McGraw-Hill. pp. 14. ISBN 0-07-238332-1.

[boles1-2] 센겔, 유누스 A;Boles, Michael A. (2002)열역학: 공학적 접근법입니다.보스턴: 맥그로 힐 452페이지ISBN 0-07-238332-1.

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