열원 (熱源, heat source) 혹은 열류(熱溜;heat reservoir, heat bath)의 정의는

[주남식]

권교수님과 제가 약속으로 정한다고 하여도 바뀌는 것은 아닙니다.

공기엔진 내부에 형성되는 진공은 열원 (熱源, heat source) 의 조건인

"고찰 대상이 되는 계에 비해 충분히 큰 열용량을 가지며"

를 충족시키지 못합니다.

시동시에 장치내부에 발생하는 진공을 저열원이라고 억지로 끼워맞출 필요가 전혀 없습니다.

아닌 것은 아닌 것입니다.

주남식사이클은 공기를 열원으로 하고 동작유체는 다른 물질을 사용한 보편적인 경우입니다.

따라서 점1에서 점2으로 가는 과정은 열교환기를 통해 공기의 에너지를 동작유체(냉매)에 전달해 주는 과정입니다.

주남식사이클에서의 압력은 폐쇄회로에 봉입되어 순환되고 있는 있는 동작유체의 위치에 따른 환산압력입니다.

이 압력은 동작유체의 종류에 따라서 달라지며 대기압을 나타내지는 않습니다.

 

대기중의 공기가 공기엔진의 내부에 직접 투입되는 경우의 사이클은 다음과 같습니다.

주남식사이클(개방형)

흡입  : 1 --> 2

팽창  : 2 --> 3

압축  : 3 --> 4

배출  : 4 --> 1

파일저장 : 주남식사이클(개방형).JPG (25.72 KB)

권교수님께서 제안하신 상태표를 그린다면 액화하는 비율에 따라 달라지겠지만

아마 다음과 같을 것으로 생각됩니다.

공기가 액화하여도 약간의 체적은 가지게 될 것이니까

V축과 P축에 완전히 일치하는 그래프는 나오지 않을 것입니다.

주남식사이클(개방형)2

흡입  : 1 --> 2

팽창  : 2 --> 3

압축  : 3 --> 4

배출  : 4 --> 1

파일저장 : 주남식사이클(개방형)2.JPG (24.76 KB)

숙제로 내실때 2점을 제외하고 사고해 보라고 하면 학생들은

'사이클이 출발해서 되돌아왔을때 동작유체가 가진 에너지가 동일하므로 시스템은 사용할 에너지원이 없기 때문에 그런 사이클은 작동될 수 없다.'

라는 답을 제출하여 점수를 얻을 것 같군요.

동작할 수 없는 사이클이라면 당연히 경제성도 거론할 필요가 없을 것입니다.

열원 [熱源, heat source]

열을 공급하는 물체. 2개의 거시적인 계(系) 사이에서 열의 이동이 있을 때, 고찰 대상이 되는 계를 외계라고 보고 다른 쪽의 계를 열원 또는 열류(熱溜;heat reservoir)라고 한다. 열원은 고찰 대상이 되는 계에 비해 충분히 큰 열용량을 가지며, 온도가 일정한 환경으로서 작용하게 된다.

	권 영일	요점은 point 3이 P = 0 근방까지 간다는데 있어요. 즉 액화가 시작하므로, 자발적(!) 응축이 일어나고 부피가 줄어들게 되요. 응축된 액체를 중력으로 제거하면, V = 0이나 작은 값을 갖게되고, 다시 여기에 공기를 주입하면 사이클이 시작되죠.	[00:28]
	권 영일	그럼 2에서 3은 어떻게 가는냐고요? 이것은 진공속에서 하면 되요 ( 공학하는 사람들은 터빈을 사용해 진공을 만든다는건 아는데, 이건 좀더 생각해봐야 겠어요 ). 연세대 물리학과에서 고진공 만드는건 전문이죠 ^^;. 큰 진공 용기에서 2 -> 3, 3->3 prime, 액체 제거, 3 prime -> 1의 과정을 가면 되는군요.	[00:31]
	권 영일	다시쓰면, point 3이 카르노 사이클의 한계를 벗어난다는데 있어요. 크게 팽창하여, 온도가 액화점 이하까지 떨어지고, 기체압이 증기압 이하가 되면 액화를 시작하죠. 액화하면 질량에 의해 낮은곳으로 흘러 모이게 되고, 부피가 0 가까이 줄어들게 되요. 이 것이 핵심 이예요.	[00:38]
	권 영일	이 경우 상온 공기가 높은 온도의 열원, 진공이 저온의 heat bath이므로 열역학 제 2 법칙에 문제가 없어요. 단지 저온의의 heat bath가 핵심이라 할 수 있죠. 왜 진공은 온도가 올라가지 않냐구요? 모든 열 전달이 전기에너지로 바뀌기 때문이예요....	[00:43]
	권 영일	주 남식사이클의 상태표를 조금 수정하면 이해하기 쉽겠네요. 기체가 자발적으로 응측한다는건 P < 0임을 의미 하거든요 ^^; 그럼, 아주 적은 일로 V -> 0가 가능하고, 상온 기체와의 접촉은 P = 0를 P = P0로 바꾸겠죠. 즉 1의 점은 P축 위에, 3의 점은 V축위에, 2의 점이 꼭 필요한지는 모르겠네요...	[00:51]
	권 영일	내가 숙제를 낸다면, 점 2를 빼고, 1에서 3, 3에서 원점 ( P=0, V=0 ), 원점에서 1로 가는 사이클이 가능한지 묻고, 그 에너지가 얼마인가를 묻는거예요 ^^; 열역학책에 모든 공식이 있죠? ^^; ... 순수 과학이므로 경제성 얘기는 빼겠어요 ^^	[01:03]

[권 영일]

글쎄요... 진공에 전달되는 열 에너지는 모두 역학적 에너지로 바뀌지 않나요? 그리고 발전기가 흡수할 수 있는 열 에너지는 무한대가 아닌가요? (여기서 단열 팽창을 가정 했으므로 복사는 제외해야 겠죠 ). 따라서 진공이 무한대의 열 용량을 갖는다고 해야 겠네요.

[권 영일]

어쨌든 공기 엔진과 열역학 제 2법칙은 무관해요. 가정이 틀리므로. 이미 증명된 내용을 갖고 말다툼하는건 도리어 좋지않아요. 열심히 연구하는 분이라니, 일찍 주무시고 내일 많은 성과를 거두시길. 저도 열심히 일해야 겠군요 ^^

[권 영일]

글쎄요... 남식씨가 좋은 연구원인건 확실하네요... 제 시간을 이렇게 가져 가는걸 보면 ^^; 순수 과학을 하는 눈엔 마지막 상태표가 들어와요. 상태표는 기체에 대해 의미가 있어요. 만약 온도가 내려가고 자발적 응축작용이 일어나면, 압력이 주어진 온도의 증기압까지 떨어지겠죠.

[권 영일]

액체는 무거우므로 중력에 의해 자발적으로 용기밖으로 배출할 수 있을 것이고 (액체 질소가 가격이 제법되죠? ^^)... 따라서 단열 압축에 필요한 일이 거의 없이 피스톤을 원위치(부피가 0)으로 할 수 있을 거예요. 피스톤을 대기에 순간적으로 개방하면 대기가 피스톤에 들어오며 단열 팽창을 시작할 거예요.

[권 영일]

부피 V -> 0 (중력 적출), 압력 0 -> P (피스톤 개방)가 거의 일이 필요없거나 에너지를 만드는 과정이므로, 모든 과정이 공기에서 에너지를 뽑아내는 과정이 되네요 ^^;.

[권 영일]

경제성에는 도움이 될수없으나, 경제성이 있다는 말씀을 믿어드리네요. 돈 벌으면 연구비도 두둑히 주시고 맥주 잘 사셔야 합니다. ^^ 제가 연대를 나아서 그런지 맥주를 좋아하거든요 ^^

[주남식]

저는 성이 주가입니다. 주종불문이니 잘되었군요. 돈 잘 벌 수 있도록 팍팍 밀어 주십시오. 연구비와 술값은 번돈으로 쓰는 것인데 무엇이 아깝겠습니까? 함께 좋은 세상을 만들어 봅시다. 아자!! 화이팅!!!

[권 영일]

하하하! 전 가능성을 얘기했지 경제성을 얘기하지 않았어요 ^^; 돈 벌 수 있나 없나는 주 실장님 책임이죠... 그나저나 연배가 저와 비슷하거나 아래가 맞으시죠? 저는 70년생입니다. 제가 친구 처럼 이름을 부른 이유는 열정적이고, 따라서 젊은분임이 틀림없다고 생각했기 때문입니다.

[권 영일]

그나 저나 이동네는 나이가 많은 사람이나 젊은 사람이나 가깝게 느끼면 이름을 부르는 바람에 한국 분들에겐 종종 결례를 한답니다.