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2020-02-06 22:41:10
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열효율이 100%라는 것은 물리적으로 불가능합니다.
열효율 100%라는 것은 열을 완전히 역학적 에너지(운동에너지, 전기에너지, 위치 에너지 등)으로 바꿀수 있다는 뜻인데, 이것이 열역학 제2법칙을 정면으로 위배하는 부분입니다.
쉽게 생각해서 제2종 영구기관이 가능하다면,
에어컨이나 냉장고는 전기를 쓰는 장치가 아니라 전기를 만들어내는 발전기가 됩니다.
주변의 온도가 절대0도가 될때까지 전기에너지를 뽑아내는 걸 제2종 영구기관이라고 합니다.
열역학 제2법칙을 어기지 않는 선에서, 상식적으로 생각했을때 '에너지를 최대로 활용했다'는 개념에 해당하는 기관은 카르노 기관인데,
고온부와 저온부의 열량의 차이가 완전히 일로 바뀌는 경우를 말합니다. 예컨데 고온부가 727°c이고 저온부가 27°c인 카르노기관이라고 하면, 두 부분의 온도차이인 700°c만큼이 전부 일로 바뀌는 것입니다. 이때 카르노 기관의 열효율은 1-(27+273/727+273)=0.7, 즉 70%로 계산됩니다.
만약 위와 같은 상황에서 열효율이 70%를 넘어간다면,기관에서 열이 세어나가지 않을 뿐만 아니라, 기관이 점점 차가워지면서 주변의 열을 흡수한다는 뜻이며, 열역학 제2법칙을 위배하는 것입니다.
이론적으로 가능한 최대의 효율을 뽑아내는 기관인 카르노 기관은 기술적으로 아주 불가능하지는 않습니다.
실제로 존재하는 스털링 기관이 카르노 기관에 가깝다고 합니다. 그러나 카르노 기관 상태를 유지하기가 매우 까다롭고, 충분한 출력을 내는 등의 실용적인 성능을 내는 것이 매우 어렵기 때문에 현실적으로 사용되지 않는다고 합니다.