카르노 사이클

카르노 사이클의 정의

카르노 사이클은 두 등온과정과 두 등엔트로피과정으로 이루어진 완전 가역 사이클이다.

두 열원 온도만으로 열효율과 성능계수가 정해지는 이상 사이클이다.

핵심 키워드는 아래와 같다. 기술사 시험에서는 정의, 증명, COP 계산이 반복해서 출제된다.

역카르노 사이클의 구조

냉동용 역카르노 사이클은 네 과정을 반대 방향으로 운전한 것이다.

저온 열원에서 열을 흡수하고 고온 열원으로 열을 방출하며, 외부에서 일을 받는다.

등엔트로피 과정 두 개는 열 출입이 없고, 등온 과정 두 개에서 열이 오간다.

예제 계산

먼저 온도를 절대온도로 바꾼다. 고온은 313 K, 저온은 278 K이다.

냉동기 COP는 저온 절대온도를 온도차로 나눈 값이다. 분자는 278, 분모는 35다.

계산하면 COP는 약 7.94가 된다. 1보다 큰 값은 상식 범위다.

헷갈리는 점

시험에서 자주 틀리는 것은 냉동기와 열펌프의 COP 식을 뒤바꾸는 것이다.

냉동기 COP는 흡수열량을, 열펌프 COP는 방출열량을 소요일로 나눈다.

온도는 반드시 절대온도로 대입한다. 섭씨 온도를 그대로 넣으면 값이 틀린다.

두 COP의 차이는 항상 1이다. 직접 풀어 보자.

정리와 직접 풀기 정답

정리하면 카르노 사이클은 등온 2개와 등엔트로피 2개로 이루어진 가역 사이클이다.

열기관 열효율은 1 - T2/T1 이다. 냉동기 COP는 T2/(T1 - T2) 이다.

열펌프 COP는 냉동기 COP보다 항상 1 크다.

실제 사이클의 COP는 같은 두 열원 사이의 카르노 COP 이하다.

앞의 문제 정답은 35다. 313에서 278을 뺀 값이 분모가 된다.