공학기초소양 13 조

1. 공학기초소양 13조 학번 201003804 이용준 학번 201003800 이 등

3. 차례 • LPG차량 @ 열물성 • 폭포수 목욕 @ 에너지 포존

4. LPG차량의 특성 • 예전엔 택시나 장애인 차량에만 허가 되었으나 이후 RV차량이나 SUV차량에도 허용되었음. • 운전자의 경우 의무적으로 안전교육을 받아야 함

5. 참고 • RV (recreational vehicle) : 레저용 • SUV (sports utility vehicle) :험한 도로에서 주행 능력이 뛰어나 각종 스포츠 활동에 적합한 스포츠형 다목적 차량. • RV,SUV 전부 MPV(multi-purpose vehicle)에 포함된다

6. LPG (Liquified Petroleum gas)란? • 원유를 채취할 때나 정제할 때 나오는 탄화수소를 비교적 낮은 압력(6~7기압)에서냉각 액화시킨 것 • 차량에 사용되는 것엔 프로판과 부탄이 주성분을 이루며 프로필렌과 부틸렌이 일부 포함됨. • 우리나라에서는 주로 부탄이 사용되고 있으며, 계절과 지역에 따라서 프로판의 비율을 약간씩 다르게 혼합함 • 휘발유와 달리 상온에서 기체 상태로 존재하기 때문에 폭발의 위험성이 매우 높음

7. 열물성이란??? • 물체가 가지고 있는 고유의 열적 성질의 총칭 • ex) 기체비중, 액체비중, 끓는점, 증기압, 발열량, 증발잠열 등…..

8. 액체비중 • 액체 부탄의 비중은 물의 0.6배인데 이것은 휘발유보다 조금 더 가벼운 것으로 가스충전을 할 때, 질량(kg)이 아니라 액체의 체적(liter)으로 계산하기 때문에 실제로 차량에 주입되는 LPG의 질량은 휘발유보다 적게 된다. 게다가 가스를 충전할 때는 휘발유처럼 가득 채우지 않고 고압가스에 대한 안전상의 이유로 연료통의 약85%정도만 채우고 나머지 15%는 기체의 팽창이나 기화를 위한 여유 공간으로 남겨 두기 때문에, 채울 수 있는 연료량은 더욱 줄어든다.

9. 기체비중 • 기체상태에서의 비중을 말함 • 부탄의 경우 공기의 약 두배 • 공기 중에 부탄가스가 체적 대비1.8~8.4% 범위 내에 있을 때 화염에 의하여 폭발될 수 있다. 그래서 차량에 가스를 충전할 때, 가급적 차에서 내릴 것을 권고 • ↑소량의 부탄가스가 차량 내부의 아래쪽에 머물러 있을 수 있기 때문

10. 끓는점 • 부탄의 끓는점: 1기압하에서 섭씨 영하 0.5도 • 프로판 < 부탄 → 겨울철에는 프로판의 비율을 높인다. • 연료가 별로 안 남았을시 연료통 내에는 액체상태의 부탄가스만 남게 되어 시동이 안 걸릴 수도 있다.

11. 끓는점 • 응축온도로 이해 가능 • 겨울철 주행 후 주차 시 배관 내에 남은 잔존가스가 응축 되어 다음날 시동이 걸리지 않을 수 있음 ▶ 시동이 걸린 채로 가스밸브를 잠그면, 배관 내에 남아있던 가스가 소진되면서 약 1~2분 후에 푸득거리다가 시동이 꺼지게됨

12. 증기압 • 액체 또는 고체에서 증발하는 압력 • 가스통 내 에는 액체상태의 부탄과 기체상태의 부탄이 공존하며 주어진 온도에서의 증기압으로 차있다. • 20도 상온에서 부탄가스통 내의 증기압은 약 2기압인 반면에 프로판은 8기압이 넘음 • 여름철 기온이 30도를 넘어가면 가스통 내의 압력이 훨씬 높아져 튼튼한 가스통을 필요로 하게 된다.

13. 발열량 • 단위질량의 연료가 완전 연소했을 때 방출하는 열량으로 연소열 이라고도 함 • 질량당 부탄의 발열량은 휘발유와 유사 • 체적당 발열량(liter)으로 따지면 휘발유보다 약간 떨어진다. • 동일한 연료통을 가진 휘발유 차량에 비해 리터당 주행거리가 작고 충전소가 주유소 만큼 많이 있지 않음→ 먼 거리 주행시 충전 계획을 미리 세워야 함

14. 증발 잠열 • 가스통 내의 액체부탄이 기화되면서 주위로부터 흡수하는 열량, 즉 기화열을 의미 • 부탄의 경우 발열량의 약 130분의 1이지만 가스통에서 액체부탄이 빠져 나와 밸브를 통과하면서 압력이 떨어져 기화될 때 이 부근에서 주위 열량을 빼앗아 온도를 떨어트리고 여름철에는 만지면 동상에 걸릴 정도의 서리가 생기기도 함

15. 증발잠열 • 이러한 증발열을 이용하여 차량냉방에 이용해보자. ▷대충 계산해서 60km/h로 달릴 때 시간당 약6kg의 LPG를 소비한다고 보면, 최대 냉각능력이 이론적으로 0.2냉동톤 정도가 된다.

16. LPG와 휘발유의 각종 물성치

18. 보존의 법칙(law of conservation) 물리현상에서 상태가 변화함에도 불구하고 물리량은 변하지 않고 보존된다는 법칙 수학적으로 표현하면 일정한 변환에 대한 불변량으로 기술할 수 있는 법칙 에너지, 운동량, 각운동량, 전하, 바리온수 등이 보존법칙을 만족

19. 역학적에너지보존의 법칙 운동에너지 : 물체나 입자가 운동하기 때문에 갖게 되는 에너지. K=½mv² 위치에너지 : 높은 곳에 있는 물체가 표준 위치로 돌아갈 때까지 일을 할 수 있는 능력. U=mgh K+U=E

20. 역학적 에너지보존의 법칙의 예 EX) 롤러코스터, 진자 운동, 자유 낙하 운동.

21. 자유낙하운동을 통한 역학적에너지 보존 낙하하면서 위치에너지가 감소해도 그에 따라 운동에너지가 증가하므로 에너지의 총합은 같게 된다

22. 폭포수에 대하여

23. 역학적 에너지 보존법칙의 한계 역학적 과정에 한해서만 성립되는 것이며, 여기에 다른 형태의 에너지(열·전기 등)가 관여할 때는 성립하지 않는다.

24. 열역학 제1 법칙 계의 내부에너지 변화는 계가 흡수한 열과 계가 한일의 차이이다. 즉, 계의 내부에너지는 열의 형태로 더해지면 증가하고 계가 일을 하면 감소한다. E = Q – W (E는 내부 에너지, Q는 계에 흡수되는 열, W는 계가 한일이다) 이 법칙을 통해 열과 일이 다른 양이 아니라 서로 변환될 수 있는 에너지라고 하는 같은 양의 다른 형태임을 알 수 있다.

25. 역학적 에너지 보존법칙과 열역학 제1법칙 역학적 에너지 보존법칙은 역학적 과정에 한해 성립되는 것이며, 여기에 다른 형태의 에너지(열·전기 등)가 관여할 때는 성립하지 않는다. 이러한 점을 극복하고 에너지 변화과정을 모든 에너지로 확장하여 모든 에너지에 대해 보존법칙이 성립한다는 것이 열역학 제1법칙이다. 따라서 열역학 제1법칙에 역학적 에너지보존법칙이 포함된다. 또다른 열역학 제1법칙으론 베르누이의 법칙등이 있다.

26. 에너지들의 공식

27. 끝 감사 합니다.