카르노 열효율 계산기

두 온도 사이에서 작동하는 어떤 열기관도 넘을 수 없는 효율의 상한입니다. η = 1 − Tc/Th 로 구하며 절대온도를 씁니다. 마찰이 전혀 없는 이상적인 기관이라도 이 값을 넘을 수 없다는 것이 열역학 제2법칙의 한 표현입니다.

효율이 두 온도의 비율로 정해지기 때문입니다. 섭씨는 물이 어는 점을 0으로 잡은 임의의 눈금이라 비율에 뜻이 없습니다. 섭씨로 계산하면 찬 쪽이 0°C일 때 효율이 100%가 되는 엉뚱한 결과가 나옵니다. 실제로는 100°C와 0°C 사이의 카르노 효율이 27%에 불과합니다.

카르노 효율은 마찰도 열손실도 없는 이상적인 순환을 가정하기 때문입니다. 실제 자동차 엔진은 카르노 상한이 70%가 넘는 조건에서도 25~35%에 머뭅니다. 마찰, 배기가스로 빠져나가는 열, 불완전 연소, 부속 장치 구동에 쓰이는 힘 때문입니다.

아닙니다. 냉동기와 열펌프는 열을 만드는 것이 아니라 옮기는 장치입니다. 전기 1을 써서 낮은 쪽에서 열 3을 퍼내면 성적계수가 3이 되지만, 높은 쪽으로는 3 + 1 = 4가 나갑니다. 에너지는 그대로 보존되며, 그래서 열펌프의 성적계수가 냉동기보다 정확히 1만큼 큽니다.

증기 온도를 올리거나 냉각수 온도를 낮춰야 합니다. 카르노 식이 두 온도의 비율이므로, 높은 쪽을 올릴수록 효율이 오릅니다. 초임계 압력으로 증기 온도를 600°C 이상 올린 발전소가 45% 넘는 효율을 내는 것이 그 때문입니다. 다만 재료가 견디는 한계가 있어 무한정 올릴 수는 없습니다.