열과 에너지 (1) 열역학 제0법칙, 열 에너지의 정의, 열평형 상태, 화력발전소와 증기 기관차의 작동원리

열과 에너지 물이 수증기로 기화할 때, 부피가 크게 늘어나며 팽창한다. 화력발전소의 기동은 물에 열에너지를 가하여 증기가 될 때 발생하는 힘을 이용한다. 아래 그림과 같이 증기가 팽창한 힘(force)은 turbine을 회전시키고, 터빈과 축(shaft)으로 연결되어 있는 발전기(generator)가 함께 작동하며 전기가 생산된다. 이러한 작동 원리는 과거 증기 기관차가 동력을 얻는 방식과 유사하다. 아래 그림과 같이 화실에서 석탄과 같은 화석연료를 연소시켜 열에너지를 만들었다. 열에너지는 뜨거운 공기와 관을 타고 지나며, 보일러의 물을 가열했다. 가열된 물은 상태변화하여 높은 온도와 압력을 갖은 수증기가 된다. 증기 기관차의 구조 증기 기관차와 화력발전소 모두 이 수증기가 팽창하는 힘을 이용하여 구동한다. 아래 그림은 석탄 화력발전소의 steam system이 어떻게 작동하는지 보여준다. 열에너지 증기 기관차와 화력발전소에서 물의 온도가 높아지는 이유는 가열된 공기에서 물로 에...

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