1. 기계
|
'''
열역학 ·
통계역학 ''' |
|||
|
{{{#!wiki style="margin:0 -10px -5px; min-height:calc(1.5em + 5px); word-break:keep-all" {{{#!folding [ 펼치기 · 접기 ] {{{#!wiki style="margin:-6px -1px -11px" |
기본 개념 | <colbgcolor=#FFF,#111><colcolor=#000,#fff> 열역학 법칙{ 열역학 제1법칙( 열역학 과정) · 열역학 제2법칙( 엔트로피)} · 질량 보존 법칙 · 에너지 · 물질 · 온도( 절대영도) · 압력 · 열( 비열 · 열용량) · 일( 일률) · 계( 반응계 · 고립계) · 상 · 밀도 · 기체 법칙{ 보일 법칙 · 샤를 법칙 · 게이뤼삭 법칙 · 아보가드로 법칙 · 이상 기체 법칙( 이상 기체)} · 기체 분자 운동론 | |
| 통계역학 | 앙상블 · 분배함수 · 맥스웰-볼츠만 분포 · 페르미-디랙 분포 · 보스-아인슈타인 분포 · 맥스웰-볼츠만 통계 · 페르미-디랙 통계 · 보스-아인슈타인 통계 · 페르미온 응집 · 보스-아인슈타인 응집 · 복잡계( 카오스 이론) · 흑체복사 · 브라운 운동 · 역온도 · 위상 공간 | ||
| 열역학 퍼텐셜 | 내부 에너지 · 엔탈피 · 자유 에너지( 헬름홀츠 자유 에너지 · 깁스 자유 에너지) · 란다우 퍼텐셜 · 르장드르 변환 | ||
|
응용 및 현상
|
현상
|
가역성 · 화학 퍼텐셜 · 상전이 · 열전달{ 전도( 열전도율 · 전도체) · 대류 · 복사} · 판데르발스 힘 · 열처리 · 열량( 칼로리) · 네른스트 식 · 물리화학 둘러보기 | |
| 내연기관 · 외연기관 · 열효율( 엑서지) · 열교환기( 히트펌프) · 카르노 기관 · 영구기관 · 열전 소자 | |||
| 기타 문서 | 화학 둘러보기 · 스털링 근사 · 전자친화도 · 이온화 에너지 · 응집물질물리학 · 고체물리학 · 기계공학 · 화학공학 · 정보이론 · 맥스웰의 악마 · 볼츠만 두뇌 · 에르고딕 가설미해결 · 브라질 땅콩 효과미해결 | }}}}}}}}} | |
|
기계공학 Mechanical Engineering |
||
|
{{{#!wiki style="margin:0 -10px -5px; min-height:2em; word-break:keep-all" {{{#!folding [ 펼치기 · 접기 ] {{{#!wiki style="margin:-8px -1px -11px" |
기반 학문 | |
| 물리학{ 고전역학( 동역학 · 정역학( 고체역학 · 재료역학) · 진동학 · 음향학 · 유체역학) · 열역학} · 화학{ 물리화학( 열화학) · 분자화학( 무기화학)} · 기구학 · 수학{ 해석학( 미적분학 · 수치해석 · 미분방정식 · 확률론) · 대수학( 선형대수학) · 이산수학 · 통계학} | ||
| 공식 및 법칙 | ||
| 뉴턴의 운동법칙 · 토크 · 마찰력 · 응력(전단응력 · 푸아송 비 · /응용) · 관성 모멘트 · 나비에-스토크스 방정식 · 이상 기체 법칙 · 차원분석(버킹엄의 파이 정리) | ||
| <colbgcolor=#CD6906,#555555> 기계공학 관련 정보 | ||
| 주요 개념 | 재료( 강성 · 인성 · 연성 · 취성 · 탄성 · 경도 · 강도) · 백래시 · 피로( 피로 파괴) · 페일 세이프( 데드맨 스위치) · 이격( 공차 · 기하공차) · 유격 · 자유도 · 방열 · 오버홀 · 열효율 · 임계열유속 · 수치해석( 유한요소해석 · 전산유체역학 · 전산응용해석) | |
| 기계 | 공작기계 · 건설기계 · 농기계 · 수송기계( 자동차 · 철도차량 · 항공기 · 선박) · 광학기기( 영사기 · 카메라) · 로봇 · 시계 | |
| 기계설계· 기계제도 | 척도 · 표현 방식(입면도 · 단면도 · 투상도 · 전개도) · 도면(부품도 · 제작도 · 조립도) · 제도용구(제도판 · 샤프 · 자 · 삼각자 · 컴퍼스 · 디바이더 · 템플릿) · CAD | |
| 기계요소 | 하우징 · 결합요소( 나사 · 리벳 · 못 · 키 · 핀) · 동력 전달 요소( 베어링 · 기어 · 톱니바퀴 · 체인 · 벨트 · 도르래 · LM · 가이드 · 볼스크류 · 축 · 슬리브 · 커플링 · 캠 · 크랭크 · 클러치 · 터빈 · 탈진기 · 플라이휠) · 관용 요소( 파이프 · 실린더 · 피스톤 · 피팅 · 매니폴드 · 밸브 · 노즐 · 디퓨저) · 제어 요소( 브레이크 · 스프링) · 태엽 · 빗면 | |
| 기계공작법 | 공작기계( 선반( 범용선반) · 밀링 머신( 범용밀링) · CNC( 터닝센터 · 머시닝 센터 · 3D 프린터 · 가공준비기능 · CAM)) · 가공(이송 · 황삭가공 · 정삭가공 · 드릴링 · 보링 · 밀링 · 워터젯 가공 · 레이저 가공 · 플라즈마 가공 · 초음파 가공 · 방전가공 ) · 공구(바이트 · 페이스 커터 · 엔드밀 · 드릴 · 인서트 · 그라인더 · 절삭유) · 금형( 프레스 금형) · 판금 | |
| 기관 | 외연기관( 증기기관 · 스털링 기관) · 내연기관( 왕복엔진( 2행정 기관 · 4행정 기관) · 과급기 · 가스터빈 · 제트 엔진) · 유체기관( 풍차 · 수차) · 전동기 · 히트펌프 | |
| 기계공학 교육 · 연구 | ||
| 관련 분야 | 항공우주공학 · 로봇공학 · 메카트로닉스 · 제어공학 · 원자력공학 · 나노과학 | |
| 학과 | 기계공학과 · 항공우주공학과 · 조선해양공학과 · 로봇공학과 · 금형공학과 · 자동차공학과 · 기전공학과 · 원자력공학과 | |
| 과목 | 공업수학 · 일반물리학 · 4대역학(동역학 · 정역학 · 고체역학 · 유체역학 · 열전달) · 수치해석 · 프로그래밍 · 캡스톤 디자인 | |
| 관련 기관 | 국가과학기술연구회( 과학기술분야 정부출연연구기관) | |
| 자격증 | 기계 관련 자격증 · 항공기 관련 자격증 | |
Engine / 機 關
엔진은 열, 화학, 전기 등의 에너지를 기계적인 일로 변환하는 장치를 말한다. 한국어로는 기관 또는 원동기라고 한다.
가장 흔한 엔진은 열기관으로, 이는 내연기관과 외연기관으로 나뉜다. 이는 열원(대개 불타는 연료)이 동력 생성부의 내부에 있는지, 외부에 있는지에 따른 구분이다.
내연기관이라 하면 자동차 등에 널리 사용되는 왕복엔진이 대표적이지만, 로켓과 제트엔진 역시 내연기관의 일종이다. 엔진 내에서 연료를 연소하기 때문.
외연기관의 대표주자는 산업 혁명의 원동력이었던 증기 기관이다. 증기 기관이라 하면 20세기 초에 멸종된 것으로 생각하기 쉽지만, 이는 고전적인 석탄 보일러 증기 기관에 한정되는 이야기이며 오늘날에도 증기 기관은 널리 이용된다.[1] 보일러나 열교환기가 장착된 기관은 전부 증기 기관이다. 화력발전소에 가보면 거대한 증기기관들을 볼 수 있다.
이 부분에서 “ 발전기도 엔진인가?”라는 의문이 들 수 있다. 화력발전에 사용되는 외연기관은 발전기에 연결되어 있지만 그 자체가 발전기인 것은 아니다. 외연기관을 작동시켜, 그 동력으로 발전기를 돌리는 것이다. 즉 연료(석탄 등)를 연소해 잠재된 화학 에너지를 열에너지로 바꾸고, 그 열에너지로 외연기관에서 일을 일으켜, 그 일로 발전기를 작동시켜 전기를 만들어내는 것이다. 수력발전에선 낙하하는 물의 힘으로, 풍력발전에선 바람의 힘으로 발전기를 돌리지만, 화력발전에선 연료를 태워 외연기관을 작동시키고, 그 외연기관이 생성하는 동력으로 발전기를 돌린다.[2] 에너지를 에너지로 전환(?)하는 것이라 이게 무슨 뻘짓인가 싶지만, 집집마다 석탄이나 디젤유를 공급해 자가발전시키는 것보다 발전소에서 전기를 만들어 공급하는 쪽이 여러 모로 유리하기 때문에 모든 나라가 이렇게 한다.
원자로 역시 열원으로 사용할 수 있다. 연료를 태워 만드는 열인 연소열이 아니라 동위원소(방사성 물질)의 붕괴 시 나오는 열로 물을 끓여 증기를 만든다는 점만 다르다. 끓인 물로 증기를 만들어 터빈을 돌리는 방식으로, 터빈에 프로펠러를 연결해 선박( 원자력 잠수함이나 항공모함)을 추진하기도 하고 발전기를 돌리기도 한다. 작동 원리는 외연기관과 비슷하지만 연소가 일어나지 않으니 외연기관은 아닌 셈이다.
스털링 기관도 외연기관이다. 츨력이 낮지만 엔진 내 물질(기체 등)을 외부에서 유입하거나 물질을 외부로 배출할 필요가 없는 닫힌 시스템 구조를 갖고 있어 특정한 목적으로는 유용하다. 예를 들어 우주선.
전동기 역시 엔진의 일종이다. 전동기는 열 기관이 아니란 점에서 위에 나온 엔진들과 차별화된다.
이런 넓은 의미로 보면 생명체의 근육도 엔진이다. 아데노신3인산이란 물질을 에너지원으로 삼아 액틴-마이오신 수축운동을 발생시켜 근육을 수축시킴으로써 운동을 일으키므로, 화학 에너지원을 이용한 리니어 모터 엔진에 해당한다. 여담으로 근육의 에너지 효율은 의외로 낮아 15~25% 범위다(내연기관들은 효율이 30~45% 범위). 나머지는 열이 되어 버리는데, 생명체는 생존을 위해 열도 필요하기 때문에 이를 열손실이라 말하기는 애매한 부분이다. 실제로 체온이 떨어지면 근육이 비자발적으로 운동해 열을 만들어낸다(추울 때 몸이 떨리는 현상).
이공계 개그로 "이 XX는 카르노 기관을 탑재했다"는 것이 있다. 카르노 기관은 이상적인 열기관으로, 실존하는 기관이 아니라 열기관에 대한 사고실험에 이용되는 이론적 모델이며 현실에서 만들 수 있는 엔진이 아니다. 자세한 내용은 카르노 기관 문서를 참조하자.
1.1. 어원
엔진은 라틴어의 ingenium(재능, 지혜)에서 유래한 단어다. 원래는 오늘날 우리가 말하는 엔진이 아니라 고대/중세에 전쟁에 사용된 기계들, 즉 투석기 같은 공성병기를 지칭하던 단어였다. 이런 공성병기를 유럽에서 엔진으로 지칭하게 된 것은 14세기 무렵이었으며, 이후 17세기에 증기기관을 엔진이라 부르게 되면서 오늘날 우리가 말하는 “에너지원을 기계적인 일로 전환하는 기관”이란 의미가 정착되게 된다.초기 증기기관의 대표적인 용도가 증기 기관차였기에, 증기 기관차 자체를 “엔진”으로 지칭하는 경우도 많았다( 기관차[locomotive]가 아니라). 스팀 엔진(증기 기관)은 산업 혁명의 원동력을 제공했으며, 엔진처럼 복잡한 기관을 설계하고 제작하는 기술은 점차 발전하여 독자적인 학문을 형성하게 되는데 이를 “ 엔지니어링( 공학)”이라 부르게 되었다. 때문에 엔지니어란 단어도 공학자란 의미와 기관사란 의미를 함께 갖게 되었다.
오늘날에는 컴퓨터 용어로 특정한 작업(프로세스)을 구현하는 모듈을 엔진이라 부르는 경우가 흔히 있다. 예를 들어 “그래픽 엔진”은 어떤 컴퓨터 프로그램에서 그래픽 기능을 처리하는 모듈이다. 컴퓨터 용어에서의 엔진은 실체가 있는 하드웨어 장치가 아니라 프로그램( 소프트웨어)인 경우가 더 많다. 즉 실체가 없지만 엔진이라 불리는 것이다.
1.2. 엔진의 분류
1.2.1. 열기관의 작동방식에 따른 분류
1.2.2. 열기관의 사용연료에 따른 분류
1.2.3. 일반적인 왕복 내연기관 엔진의 구성요소
1.3. 제조사
엔진을 만드는 회사는 매우 많다. 오늘날 자동차 및 오토바이 메이커로 유명한 기업들 중에는 원래 산업용 엔진 제작으로 시작한 회사들이 많으며, 반대로 엔진을 자체 제작할 기술이 없는 상태에서 자동차 메이커로 개업한 회사들도 있다(다른 회사가 만든 엔진을 사다 쓰는 방식). 때문에 엔진을 스스로 제작할 수 있는지의 여부가 버젓한 자동차 메이커인가를 판가름하는 기준으로 쓰이기도 한다.자동차 엔진 외의 엔진들, 즉 비행기나 선박 엔진, 로켓 엔진, 기관차 엔진 등은 본체 제조사와 엔진 제조사가 서로 다른 경우가 매우 많다(즉 본체 제조사가 엔진을 사다 쓴다).
대표적인 엔진 제조사들은 다음과 같다
1.3.1. 한국
- 현대자동차 - 긴 역사를 가진 자동차 메이커지만 의외로 자체 엔진 개발은 1991년부터 시작했다( 알파 엔진).[3]
- 현대중공업 - 큰 선박용 엔진을 만들며 엔진 사업부가 따로 있다.
- KR모터스 - 이륜차 메이커로 엔진을 자체 제작한다.
1.3.2. 미국
- 제네럴 모터스 - 기나긴 역사를 자랑한다.[4] 자동차 산업의 종가집 같은 지위를 가진 회사라, GM 엔진들의 계보를 따져보면 복잡하게 얽혀 있다. 대우자동차, 토요타, 이스즈, 오펠, 사브, 스즈키 등등이 GM에서 엔진을 공급받거나 납품하기도 한다. GM은 자동차용 엔진과 드라이브트레인을 OEM 제품으로 판매한다. 차를 만들고 싶은데 엔진 만들 기술이 없으면 복잡한 계약 같은 거 없이 그냥 GM에 주문하면 된다는 얘기.
- 제네럴 일렉트릭 - 엔진의 덩치에 비례해 이 회사 제품일 가능성이 상승한다. 대형 항공기 엔진은 GE 제품이 아닌 것을 세는 게 더 빠르다.
- 포드 모터 컴퍼니 - 긴 역사를 가진 자동차 회사. 다른 회사들이 고성능 첨단 엔진을 추구하던 시절에도, 포드는 어떻게 하면 더 싸게 만들까를 고민했다. 때문에 초창기 포드 엔진들을 보면 “이래도 된다고?“ 싶은 부분이 많다.[5]
- 로켓다인(Rocketdyne) - 새턴 V 로켓의 엔진을 만든 회사. 로켓 제작은 보잉 등이 했지만 그 엔진은 로켓다인이 제작했다. 로켓다인은 보잉이 인수했으니 결국 한 집안이 되었지만... 여담으로 보잉은 오늘날에도 엔진을 자체 제작하지 않으며 GE 등의 회사에서 사다 쓴다.[6]
- 프랫 앤 휘트니 - 군용 항공기 엔진의 본가.
1.3.3. 러시아
1.3.4. 유럽
- 롤스 로이스 - 고급 승용차 메이커로 유명하지만 비행기 엔진의 명가이기도 하다.[7]
- 메르세데스 벤츠 - 고급 승용차 메이커로 유명하지만 대형 트럭용 엔진으로도 유명하다.
- BMW - 원래는 비행기 엔진만 만들던 회사. 오토바이와 자동차 제작은 꽤 나중에 시작했다. 이 회사가 처음 만든 엔진이 포커 D.VII에 탑재된 IIIa 엔진이다.
- 재규어 - 랜드로버에 탑재되는 엔진도 이 회사가 만든다.
- 아우디 - 벤츠 기술자였던 아우구스트 호르히가 레이스 카를 만들고 싶어 독립해서 세운 회사. 때문에 초창기에는 줄창 레이스 카 엔진만 만들었다. 1964년에 폭스바겐이 아우디를 인수한 이후 고급차를 아우디, 보급형 차를 폭스바겐 브랜드로 팔지만 엔진은 대부분 같은 공장에서 만든다(예외의 경우도 물론 있다).
- 폭스바겐 - 비틀로 유명한 자동차 메이커. 특히 비틀에 탑재되었던 공랭식 수평대향 4기통 엔진이 유명하다(엔진이 대부분 알루미늄과 마그네슘으로 만들어졌다).
1.3.5. 일본
- 마쓰다 - 특이할 정도로 반켈 엔진에 집착하는 엔진 메이커지만 평범한 엔진도 많이 만든다. 우리나라 기아자동차는 옛날엔 마쓰다 엔진을 탑재했다. 마쓰다도 물론 자사 브랜드로 자동차를 만든다.
- 스즈키 - 2행정 기관 시절이 유달리 길었던 회사. 최초의 4행정 기관이 1977년에 나왔을 정도니…
- 야마하 - 의외로 엔진의 명가. 볼보 자동차 중에도 야마하 엔진이 탑재된 것들이 있었다.
- 혼다 - 자동차부터 로봇까지 만드는 종합 기술 기업으로 유명하지만 최초로 만든 제품은 자전거에 장착하는 1기통 엔진이었다(1947년, “A형 엔진”). 창업자가 공랭식 엔진 빠돌이라 자동차에 계속 공랭식 엔진만 싣겠다고 고집을 부려 회사 엔지니어들을 골치아프게 했다.
- 미쓰비시 - 미쓰비시 그룹 산하의 자동차 회사. 오랜 역사를 가진 회사로 랠리 등에서 좋은 성적을 거두며 나름 인정받았으나[8] 20세기 말에 망조가 들기 시작해 지금은 상황이 매우 안 좋다. 태평양 전쟁에서 활동하던 제로센 전투기도 미쓰비시가 만들었다.
- IHI - 에도막부부터 존재한 엔진의 명가로 군용엔진을 주로 만든다.
1.3.6. 중국
- 중국발사체기술연구원 - 중국의 우주 발사체인 창정 로켓을 개발하는 기관이다.
1.4. 관련 문서
2. 소프트웨어
프로그램의 운영 전반을 조정하거나 중심적인 기능을 하는 것.3. 후지 테레비의 드라마 엔진
4. 아이돌 마스터 신데렐라 걸즈의 유닛 炎陣
5. ENHYPEN의 팬덤명 ENGENE
6. BMS 곡 Engine
7. 염신의 현지화명
8. 벚꽃사중주의 등장인물 히이즈미 엔진
9. 원신의 용어 엔진
[1]
석탄도 여전히 계속 쓰인다. 특히 화력발전.
[2]
참고로 외연기관으로만 발전기를 돌릴 수 있는 건 아니다. 휴대용 소형 발전기는 내연기관인
가솔린 엔진으로 돌리며, 건물에 설치하는 비상용 발전기도 내연기관인
디젤 엔진으로 돌린다. 외연기관은 연료비의 경제성이 좋지만 시설이 대형이기 때문에 발전소가 어니면 외연기관으로 발전하기 어렵다.
[3]
알파 엔진이 개발되기 전까지는
미쓰비시의 엔진을 사용했다. 그 엔진들 중 하나가 바로 특유의 공회전 소리로 유명한
시리우스.
[4]
세계 최초의
OHV 엔진은 GM이 1904년에 만들었다.
[5]
냉각수 펌프가 없이 그냥
대류 현상으로 냉각수를 순환시킨다든지, 연료 펌프 없이 그냥 중력으로 연료가 엔진에 도달하게 한다든지...
[6]
보잉도 자체 엔진 제작을 위해 유나이티드 에어크래프트라는 자회사를 세운 적이 있는데 미국 정부가 반독점 규정을 들어 분리시켜버렸다. 이때 유나이티드 에어크래프트가 여러 회사들로 나눠졌는데, 그 중 하나가 오늘날의 항공사
유나이티드 항공이다.
[7]
이 중
멀린 엔진은 연합군의 제공권 확보에 큰 활약을 하게 해준 엔진이다.
[8]
현대자동차그룹에게 기술을 알려주고 자동차를 생산할 수 있게 해준 스승이기도 하다.