[금속의 전기,열전도도]Thermal and Electrical Conductivity of Metals

소개글

포항공대 물리학과 물리실험1 (2010)
네번째 실험인 Thermal and Electrical Conductivity of Metals 결과보고서입니다.

이 실험이 완전 꿀잼입니다. 물끓이고 얼음얼리고.. 실험 방법이 조금은 바꼈다고 들었는데. 잼써요.(시간이 좀 걸려요)

금속의 열전도도, 전기전도도가 높다는건 다들 알고 있을 텐데요.
모두 자유전자가 주 원인입니다.

그래서 온도그라데이션 같은 변수만 없으면, 동일한 금속에 대해서
열전도도와 전기전도도가 선형적 관계를 가질 수밖에 없다는 것을 확인합니다.

목차

1. 배경과 동기

2. 이론
1) 열전도도(Thermal conductivity)
1.1) 열량계의 열용량 구하기
1.2) 찬물이 공기 중으로부터 받는 열량
2) 전기전도도(Electrical conductivity)
3) 비데만 프란쯔 법칙 (Wiedemann-Franz law)

3. 실험방법
3.1) 준비물
3.2) 과정
(1) 열량계의 열용량 측정
(2) 금속의 열전도도
(3) 금속의 전기전도도

4. 실험 결과 및 고찰

5. 결론

6. References

본문내용

1. 배경과 동기
금속의 경우는 다른 물질에 비해서 열전도도와 전기전도도가 크게 나타난다. 그 이유는 금속 내부에 있는 자유전자의 자유로운 운동이 열의 전달과 전기의 전달에 관여하기 때문이다. 따라서 물리적으로 금속의 열전도도와 전기전도도는 온도가 일정할 경우 서로 비례한다. WiedemannFranz law이 바로 이러한 열전도도와 전기전도도의 관계를 나타낸다.
열전도도를 구하기 위해서는 물체에 주어진 열량과 온도변화 등을 관측해야 하는데, 이를 위해서 열량계의 열역학적 특성을 알아야한다. 이를 위해서 물과 열량계 사이의 열 교환을 관찰하여 열량계의 열용량을 계산하게 된다.
또한 전기전도도를 측정하기 위해서 물체의 저항을 구해야하는데 이를 위해서 회로를 구성하는 방법과 그 의미에 대해서 생각해보게 된다.

2. 이론
1) 열전도도(Thermal conductivity)
물체 내부에서 열이 고온부에서 저온부로 전달되는 정도를 나타내는 수치다. 열전도도는 kappa 로 나타내는데 이를 구하는 기본 식은 다음과 같다.(Q:열량, A:면적, T:온도)
{dQ} over {dt} =- kappa A BULLET {dT} over {dx} (1)
1.1) 열량계의 열용량 구하기
실험에서 금속의 열전도도 kappa를 구하기 위해서 식(1)을 이용하려 할 때, 문제에 부딪히는 부분은 바로 시간당 열의 변화 부분이다. 열의 양을 쉽게 알 수 없기 때문에 이를 다른 물체의 온도변화를 통해서 간접적으로 알아내야 한다. 열량과 온도의 관계를 나타낸 식은 다음과 같다.(c:비열, m:질량)
Q=c_{m}m_{m} DELTAT (2)
또한 비열(c)와 질량(m)의 곱을 하나로 줄여서 열용량(C)로 나타내기도 한다. 열량계는 외부의 열을 효과적으로 차단하기 때문에 열과 관련된 실험에서 많이 이용된다. 실험에서 금속에 직접적으로 열을 가하는 물체로 물과 열량계가 사용되므로 이들의 비열이나 열용량을 알 필요가 있다. 초기 온도가 T_w인 물을 초기온도가 T_sur~인 열량계에 넣어서 두 물체의 온도가 T_mix로 같아지게 될 때 까지 가만히 둔다.

참고 자료

http://edulab.postech.ac.kr(2010년 읽기자료)
http://en.wikipedia.org/wiki/Wieldemann%E2%80%93Franz_law(2010.10)
http://terms.naver.com/item.nhn?dirId=110&&docId=42508(2010.10)
http://www.engineeringtoolbox.com/conductive-heat-transfer-d_428.html(2010.10)
http://100.naver.com/100.nhn?docid=150739(10.10)