Microsoft PowerPoint - 01.제 01장 에너지공학개론_1.pptx

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준상 호
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1 에너지시스템 공학 특별학기 이승호

2 1.1 에너지공학의정의 에너지란? 그리스어 energeia(activity) 로서 en(in)+ergon(work) 의합성어 물리학적측면 : 일하는능력 운동에너지, 위치에너지, 열에너지, 전기에너지및화학에너지 경제학적측면 : 거의모든경제활동의필수재로구성 재료, 노동력, 자본 + 에너지 에너지의중요성 의 ( 衣 ), 식 ( 食 ), 주 ( 住 ) <- 에너지 대부분의경제활동의필수재 산업생산, 가정, 상업용및수송

3 1.1 에너지공학의정의 일, 에너지, 동력 에너지 (E) = 일 (W) 을할수있는능력 일 (W) = F * d 뉴턴의법칙 F = m * a 만약중력방향으로높이 h만큼움직인다면 W = mgh : 위치에너지 동력 (P) = 일을하는속도 ( 에너지가소비되는속도 ) 단위 : watt(w), 1W = 초당 1 Joule E = P * t > 1W*s = 1J ( Q1 : 1KWh =?? J ) 3

4 1.1 에너지공학의정의 예제 1.1 만약시스템이매시간당 10 6 J (i.e. 1MJ) 의에너지를생산한다면, 동력은몇 watt 인가? >> 10 6 J 이 1 시간 ( 또는 3600 초 ) 동안생산된다면, 이를초당 joule 의단위로표시하며 watt 가된다. P = E/t = 10 6 J / 3600s = 78W 4

5 제 1 장에너지기초 1.1 에너지공학의정의 5

6 제 1 장에너지기초 1.1 에너지공학의정의 6

7 제 1 장에너지기초 1.1 에너지공학의정의 7

8 제 1 장에너지기초 1.1 에너지공학의정의 8

9 제 1 장에너지기초 1.1 에너지공학의정의 9

10 제 1 장에너지기초 1.1 에너지공학의정의 10

11 1. 에너지의역사적고찰 에너지소비량 국가문명의척도, 경제활동의지표 인간의생존에필요한에너지량 : 대략,000kcal 기술사회에서필요한에너지량 : 대략 30,000kcal 11

12 1. 에너지의역사적고찰 에너지이용의변천사 1

13 1. 에너지의역사적고찰 연도별에너지변화추이 13

14 1.3 에너지의분류 시스템에따른분류 1 차에너지 차에너지 최종에너지 서비스 1 차에너지 : 석유, 석탄등의에너지자원, 재생에너지 ( 태양, 풍력, 수력, 지열해양에너지등 ) 차에너지 에너지변환장치인발전소, 정유공장, 가스공장등을 차에너지로변환 전기, 석유제품, 가스및알코올등 최종에너지 모터, 히트, 자동차, 가전제품등의에너지사용기기를통해최종에너지로변환됨 서비스 냉난방, 열가공, 수송, 통신등에유용하게이용 14

15 1.3 에너지의분류 에너지원에따른분류 비순환에너지와재생에너지인순환에너지 비순환에너지 다량의집중적인에너지사용가능 유한한에너지임 ( 한번밖에쓸수없음 ) 환경문제발생및방사선물질 순환에너지 ( 재생에너지 ) 반영구적 청정에너지 분산형 ( 태양, 풍력등 ), 유동적 ( 수력등 ) 15

16 1.3 에너지의분류 16

17 1.3 에너지의분류 에너지형태에따른분류 Kinetic energy (e.g., of a moving automobile) Gravitational potential energy (e.g., of water in a reservoir) Thermal energy (e.g., in a pot of boiling water) Chemical energy (e.g., stored in a liter of gasoline) Nuclear energy (e.g., stored in a gram of uranium) Electrical energy (e.g., used by a light bulb) Electromagnetic energy (e.g., that associated with a beam of sunlight) 17

18 1.3 에너지의분류 운동에너지 Kinetic energy is associated with the movement of an object This may be translational motion with kinetic energy E 1 mv or rotational motion with kinetic energy E 1 Iw 18

19 1.3 에너지의분류 예제 kg 의자동차가 100 km/h 로움직이고있다면운동에너지는얼마인가? >> 속도를 m/s 로변환하면 (100km/h) * (1000m/km)/(3600s/h) = 7.8m/s 이다. 운동에너지는 E=0.5*mv = (0.5)*(1500kg)*(7.8m/s) = 5.8*10 5 kg*m /s = 5.8*10 5 J 19

20 1.3 에너지의분류 예제 1.3 질량 (m) 이 400kg, 지름 (d) 가 0.85m, 관성모멘트 (I) = md /8 = mr / 인디스크모양의바퀴가미끌림없이회전하고있다. 무게중심의속도는 30m/s 이다. ( 이는화물기차바퀴의대략적인근사이다. ) 바퀴의이동운동에너지와회전에너지를비교하시오! >> 운동에너지는 E=0.5*mv = (0.5)*(400kg)*(30m/s) = 1.8*10 5 J 바퀴가미끌림없이회전시각속도 ( w=v/r) 는질량중심의속도 (v) 와반지름 (r) 로구할수있다. 회전에너지는 E = 0.5*(mr /)(v/r) = ¼ mv = 0.5*400kg*(30m/s) = 9.0*10 4 J 0

21 1.3 에너지의분류 위치에너지 This is most commonly associated with the energy of an object in a gravitational field given by E mgh May be converted into kinetic energy as an object falls through a distance h E 1 mv mgh v gh 1

22 1.3 에너지의분류 예제 kg 의사람이수직높이 3 m 인비행기탑승계단을걸어올라가고있다. 이사람의위치에너지의변하는얼마인가? >> 위치에너지는 E=mgh = (75kg)*(9.8m/s )*(3m) =.*10 3 J

23 1.3 에너지의분류 열에너지 기체의열에너지 <= 분자의미시적인운동에너지 이상기체이론을적용하면 1 mv 3 kbt 몰수 ( 아보가드로수 ) 로표현하면 E 3 nrt 3 k B : J / K T : 절대온도( K ) n : 기체의몰수 R : 기체상수( R N k 8.315J ( mol K )) 고체나액체의경우 : 열에너지의변화는비열로표현 A B T Q mc Q mc T 3

24 1.3 에너지의분류 예제 1.5 물의비열은 4180J/(kg- ) 이다. 500g 의물을 0 에서 80 로가열하는데필요한에너지를계산하시오. >> 열에너지를계산하기위한식은 Q mc T m = 0.5kg, C = 4180J/kg-, ΔT = (80-0 )=60 를대입하면 Q = (0.5kg) [4180 J/kg- ] (60 ) = J 4

25 1.3 에너지의분류 화학에너지 Burning of pure carbon (an approximation of coal) C O CO 3.8MJ / kg Burning of methane (major component of natural gas) CH O CO H O 55.5MJ / kg 4 Burning of ethanol (a common biofuel) C H O O CO 3H O 9.8MJ / kg 6 3 Burning of octane (an important component of gasoline) 8 18 C H 5O 16CO 18H O 46.8MJ / kg 5

26 1.3 에너지의분류 화학에너지 Oxidation of hydrogen H O H O 14MJ / kg 6

27 1.3 에너지의분류 핵에너지 입자간의결합에관련된에너지라는면에서화학에너지와유사 원자내부의전자가포함된원자간의결합보다는핵내부의중성자와양성자간의결합과관련됨 핵결합은수 ev( 전자볼트 ) 인화학결합보다는훨씬더큰수 MeV 의값으로표시 아인슈타인의관계식 E mc 7

28 1.3 에너지의분류 전기에너지 전류 I 가저항 R 을가진회로를통해흐른다면전압강하 V 는다음과같이주어진다. V IR 저항에서소비되는동력 (watt) 은 P = VI V P I R R 전기에너지 (J) = 동력 (W) 과시간의곱 - 참고환산인자 : 3.6*106 J/kWh, 0.78 kwh/mj 8

29 1.3 에너지의분류 전자기에너지 c f 9

30 1.4 에너지의단위 에너지의단위 (IEA) 석유환산톤 (toe : ton of oil equivalent) 원유 1ton 이발열하는칼로리 (10 7 kcal) 를기준으로표준화한단위 BTU (British Thermal Unit), cal, J, kwh 등 30

31 1.5 에너지의역할 생물활동 : 호흡, 순환, 소화, 운동, 감각, 사고 기계적인일 : 하역, 추진, 기계가공, 압축, 파쇄, 탈수 화학적인일 : 정련, 정제, 분해, 화학적가공, 화학변화 물리적상태보전 : 냉 / 난방, 급탕, 취사, 건조, 가열, 냉동, 제습용해 에너지복사 : 조명, 방송, 통신, 방사선가공, 복사선계측, 음향발생 31

32 1.6 에너지자원과이용 지구로유입되는에너지 3

33 1.6 에너지자원과이용 태양복사에너지 태양과지구사이의거리의변화로연간 3~4% 차이발생 1 월 : 1 억 4700 만 km 7 월 : 1 억 500 만 km 세계의 1 차에너지소비량 (000) VS 태양복사에너지 W 연간량 : 5.46 x 10 4 J W 세계에너지소비량 : x 10 0 J >> 약 14,440 배 33

34 1.7 신에너지개발필요성 34

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<3230313420C7D1B1B9C0C720BBE7C8B8C1F6C7A520BAB8B5B5C0DAB7E128C0CEBCE2BCD2292E687770> http://kostat.go.kr 2015. 3. 19.(목) 12:00부터 사용하시기 바랍니다. 보도자료 배포일시 2015. 3. 19.(목) 09:30 담당부서 담 당 자 사회통계국 사회통계기획과 과 장: 윤명준(042-481-2233) 사 무 관: 황호숙(042-481-2272) 2014 한국의 사회지표 통계청이 작성한 2014 한국의 사회지표 는 '공공누리'