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1. 고체 열전도도 측정 실험
1.1. 실험목적
화공장치의 설계와 운전을 위하여 물질의 열전도도를 알 필요가 있다. 그래서 다음과 같이 정상상태의 열전달로부터 고체의 열전도도를 측정하는 원리와 방법 숙지하는 것이 이번 실험의 목적이다.
1.2. 실험기구
고체 열전도도 측정장치는 오른쪽 스테인리스강 재질의 3개의 지지봉과 그 정중앙에 있는 기준관으로 이루어져 있다. 정수압탱크의 하부에 온도제어기, 온도표시기, 교반기 전원스위치가 있는 판이 제어 패널이다.
1.3. 실험방법
실험방법은 다음과 같다.
1. 정수압탱크로 들어가는 급수관에 연결된 급수용 호스가 수도관에 연결되어 있는지 확인한다. 정수압탱크에서 나오는 배수관에 연결된 배수용 호스와 냉각수조의 배수관에 연결된 호스가 하수구로 연결되었는지 확인한다.
2. 수도관에 있는 밸브와 고체 열전도도 측정장치의 정수압탱크로 들어가는 밸브를 조절하여 정수압탱크에 물을 채운다. 정수압탱크내의 수면이 배수 깔때기보다 조금 높게 유지되도록 수도관에 있는 밸브를 조절한다.
3. 밸브 5를 연다.
4. 밸브 2를 열어서 냉각수의 유량을 3L/min 으로 조절한다. (유량계 내부에 들어 있는 플로터의 가장 넓은 폭을 갖는 부분을 눈금 3에 맞춘다.)
5. 밸브 4를 열어서 물이 나오는 것을 확인한 후에 밸브 4를 잠근다.
6. 온수조에 부착된 수위게이지를 관찰하여 물이 최고 수위 근처로 채워져 있는지를 확인한다. 이보다 1cm이상 낮다면 밸브 3을 열었다가 잠그는 방법으로 온수조에 물을 채운다.
7. 기준관을 둘러싸고 있는 보온덮개를 연다.
8. 기준관의 위에 설치되어 있는 상부 플랜지를 지지하고 있는 3개의 지지봉에 있는 두 개의 나사(윗 나사)를 모두 시계반대 방향으로 조금씩 돌린다.
9. 3개의 지지봉에 있는 두 개의 나사 중에서 아래에 있는 나사(아랫 나사)를 모두 시계방향으로 돌려서 상부 플랜지를 조금씩 올린다.
10. 2개의 시험편을 각각 기준관 사이에 끼운다.
11. 3개의 지지봉에 있는 아랫 나사를 시계반대방향으로 돌려서 시험편과 기준관을 밀착시킨다. (세밀하게)
12. 열전대가 기준관에 잘 끼워져 있는지를 확인하고 열전대 고정봉의 조임나사를 조여준다.
13. 기준관의 보온덮개를 닫아준다.
14. 3개의 지지봉에 있는 윗 나사를 모두 시계방향으로 돌려서 상부 플랜지를 고정시킨다.
15. 제어 패널에 있는 모든 스위치가 꺼져 있는지를 확인한다.
16. 전원 스위치를 켠다.
17. 온도제어기와 온도표시기에 수치가 나타나는지를 확인한다.
18. 교반기 스위치를 켠다.
19. 전원조절 다이얼을 60%에 맞춘다.
20. 정상상태에 도달할 때 까지 온도제어기에 나타나는 온도를 5분간격으로 측정하여 기록한다. 시편을 바꿔서 두 번째 실험을 할 때에는 다시 온도제어기의 온도를 측정할 필요는 없으며 첫 번째 실험에서 정상상태에 도달하는데 걸린 시간만큼 기다린다.
21. 정상상태에 도달하면 온도표시기의 온도가 60도를 가리키는 순간에서 시작하여, 선택스위치를 돌려 각 지점을 선택하여 각 지점의 온도를 3회 측정한다.
22. 시편을 바꾸어서 실험하려면 8단계로 돌아간다. 실험을 마치려면 교반기 스위치와 전원스위치를 끄고 수도관 밸브를 잠근다.
1.4. 실험이론
Fourier 법칙에 따르면 전도에 의한 열전달은 일정단면적에서 열유속(heat flux)은 온도차와 비례한다. 즉, 열유속 q/A는 온도차 ΔT와 비례하며 열전도도 k에 반비례한다. 이를 수식으로 나타내면 다음과...
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