열기관

열기관

- 연료를 연소시켜 발생한 열에너지를 일(역학적 에너지)로 바꾸는 장치

1. 열기관의 종류

• 외연 기관 : 실린더 밖에서 연료를 연소시키는 기관

예) 증기 기관, 증기 터빈

• 내연 기관 : 실린더 안에서 연료를 연소시키는 기관

예) 자동차 엔진, 로켓 기관, 제트 엔진

2. 열기관의 열효율

• 열기관에 공급된 열량 중 일로 전환된 비율로, 열기관의 열효율은 항상 1보다 작다.

◇ 열효율(e) = 한 일의 양/공급된 열량 = W / Q1= (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1 < 1

• 열기관에 공급된 Q1에 비해 Q2의 값이 작을수록 열기관의 효율이 높다.
• 열기관이 일을 하는 동안 방출되는 열이 항상 존재하기 때문에 Q2는 0이 될 수 없다.

에너지 전환 장치의 에너지 효율

-에너지 전환 장치마다 에너지 효율이 다르며, 기술적 개선에 의하여 그 효율을 향상시킬 수 있다.

교과서 탐구 - 연소열 측정하기

▶ 탐구 과정

1. 삼각 플라스크에 20˚C의 물 100 mL를 넣고, 그림과 같이 장치한다.

2. 알코올램프에 에탄올을 넣고 뚜껑을 덮은 상태로 질량을 측정한다.

3. 알코올램프에 불을 붙여 물을 가열하면서 물의 온도 변화를 측정한다.

4. 알코올램프의 뚜껑을 덮고, 질량을 다시 측정한다.

▶ 탐구 결과

1. 실험 결과는 다음과 같다.

물의 처음 온도	물의 최고 온도	알코올램프의 처음 질량	알코올램프의 나중 질량	줄어든 연료의 양
20˚C	70˚C	200.5g	198.5g	2g

2. 물이 얻은 열량 = 비열 질량 온도 변화 = 4.2 J/g˚C×100 g×50˚C = 21,000 J = 21 kJ

3. 에탄올의 연소열= 연소 반응에서 발생한 열량/연료의 질량 = 물이 얻은 열량/ 연료의 질량 = 21 kJ / 2g =10.5 kJ/g