카르노 싸이클 (Carnot cycle)

카르노 싸이클 (Carnot cycle)

카르노라는 아저씨가 제안한 이론적인 (이상적인) 싸이클이다.

이 싸이클의 효율은 열역학적 엔진 효율의 최고점이 된다 (=어떠한 엔진도 이보다 효율이 좋을 순 없다).

프로세스

* T2 > T1

4개의 프로세스 (두개의 단열 가역 + 두개의 등온 가역) 로 구성된다.

위 오른쪽 그림은 카르노 싸이클을 열탱크가 붙어있는 피스톤 (내부에는 이상기체) 에 적용한 그림이다. 

a -> b -> c -> d

1. 등온 과정 (온도 T2, Q2 > 0) : a -> b

열탱크로부터 피스톤으로 열 Q2가 전달되는 과정에서 내부 기체의 온도가 일정하게 T2으로 유지되며 압력이 감소하고 부피는 증가하는 과정 

2. 단열 과정 (Q=0) : b (T2) -> c (T1)

열적으로 차단된 상태 (단열) 에서 온도가 낮아지면서 압력이 낮아지고 부피는 팽창하는 과정

(위의 등온 과정과 달리 열이 공급되지 않는 단열 과정이며 온도가 낮아지게 된다.)

3. 등온 과정 (온도 T1, Q1 < 0) : c -> d

열탱크로 열이 유출되는 과정에서 내부 기체의 온도가 일정하게 T1으로 유지되며 압력이 증가하고 부피는 감소하는 과정

(위의 1. 등온 과정의 역과정)

4. 단열 과정 (Q=0) : d (T1) -> a (T2)

열적으로 차단된 상태 (단열) 에서 온도가 높아지면서 압력이 증가하고 부피는 감소하는 과정

(위의 2. 단열 과정의 역과정)

효율

* 위 식의 유도 과정

열적 효율식  에서 

 

을 적용하면

단열 가역 과정식  혹은 를 적용하면 

위의 두 효율식과 위 부피식을 연계하면 

결과적으로 위식을 처음 열적 효율식에 대입하면 

참고문헌

https://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node24.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Carnot_cycle