물리실험 - Heat Engine Cycles ( 열기관 )

소개글

열역학 제 1법칙을 확인하고 열기관의 효율을 구하는 실험입니다.

목차

1. 소개
- Introduction
- Theory

2. 재료와 방법
- 재료
- 실험 방법

3. 결과

4. 고찰
- 결과 분석
- 토의

5. 참고 문헌

본문내용

1. 소개
①。Introduction
열기관은 뜨거운 곳으로부터 열에너지를 추출하여 차가운 곳에서 그 열에너지를 소모하도록 일을 하게 하는 장치를 말한다. 이 실험에서 열기관은 캔이 뜨거운 물에 담길 때 팽창하는 공기가 담겨있는 원통으로 간주된다. 팽창한 공기는 피스톤을 밀게 되고 추를 들어 올림으로써 일을 하게 된다. 열기관 순환은 캔을 차가운 물에 담금으로서 압력과 부피를 처음과 같이 돌려놓게 되어 완료된다.
중략...

4. 고찰
①。결과 분석
실험 결과 순환 경로가 A점에서 약간 빗나가긴 했지만 대체적으로 잘 맞았다. 그리고 열효율이 8% 정도밖에 되지 않아 열기관의 열효율이 생각보다 크게 낮음을 알 수 있다. 또한 기체에 의한 일의 대부분이 추를 옮기는데 쓰였다는 사실로부터 열효율이 낮은 이유를 추측해볼 수 있다. 오차의 원인으로는 피스톤의 눈금을 정확하게 읽지 못한 것, 피스톤에 압력이 가해질 때 공기가 조금씩 새는 것, 온도계를 계속 찬물에 담갔다가 바로 따뜻한 물에 담가서 온도의 오차가 생긴 것 등이 있다.
②。토의
이상적인 열기관인 카르노 기관의 경우 열효율 으로 계산될 수 있다. 이는 카르노 기관에서 과 의 비가 온도 과 의 비와 같기 때문이다. 이 실험의 실험 장치를 카르노 기관이라고 생각하고 열효율을 구했을 경우 9.98%의 효율을 얻을 수 있다. 그러나 이 장치는 실제로 카르노 기관이 아니기 때문에 이보다 낮은 열효율을 보일 수밖에 없다. 따라서 오차의 수반은 필연적이게 된다. 또한 열기관 순환의 경우 그래프의 닫힌 부분의 면적을 구함으로써 일 를 구할 수 있는데, 이것은 피스톤 속의 기체가 한 총 알짜 일의 양이 된다. 이 일을 추의 이동에 의한 위치 에너지 변화와 관련지어 생각해보면 기체가 한 일의 일부가 추를 이동시키는데 쓰였음을 쉽게 추측해볼 수 있다. 실제로 실험과 계산 결과 73% 가량의 일이 추를 이동시키는데 쓰였음을 알 수 있다. 실험을 통해 열효율을 극대화시켜 최대한 열 소모를 줄이는 방법을 찾는 것이 어디서든 중요한 과제임을 실감할 수 있었다.

참고 자료

[1] Department of Physics, General Physics Laboratory 1, pp. 42
[2] Department of Physics, General Physics Laboratory 1, pp. 45