열기관과 카르노 효율
열기관과 카르노 한계
열기관은 뜨거운 원천에서 열을 받아 그 일부를 유용한 일로 바꾸고, 나머지는 더 차가운 곳으로 폐열로 버린다. 아무리 잘 만들어도 모든 열을 일로 바꿀 수 있는 기관은 없고, 일부는 항상 버려져야 한다. 기관이 도달할 수 있는 가능한 최고 효율은 두 저장소가 얼마나 뜨겁고 얼마나 차가운지에만 의존한다.
η = 1 − T_c / T_h
- η — 효율 (—): 기관이 유용한 일로 바꾸는 열 에너지의 비율
- T_c — 차가운 저장소 온도 (K): 폐열이 버려지는 차가운 곳의 온도
- T_h — 뜨거운 저장소 온도 (K): 기관에 열을 공급하는 뜨거운 원천의 온도
발전소의 뜨거운 저장소(증기)는 400 K이고, 차가운 저장소(강물)는 300 K이다. 그 사이에서 일하는 기관의 가능한 최고 효율은?
- T_h = 400 K
- T_c = 300 K
- η = 1 − T_c / T_h
- η = 1 − 300 K / 400 K
η = 0.25 = 25%