열전도

소개

열전도

목차

실험 제목
실험 목적
실험 이론
실험 방법
기구 및 시약

본문내용

실험 목적
실험A: 일정한 평면 벽을 통해 에너지 정상전도에 대한 온도분포를 측정하여, 열의 유동 변화에 따른 결과를 증명한다
실험B: 고체물질의 1차원적 고정된 열의 흐름을 통해 푸리에(Fourier)법칙을 이해한다.
실험 이론
1) 열전달의 의미
온도차이로 인해 발생하는 에너지의 전달이다.
2) 열전달의 종류
a)전도 열전달: 인접 분자들간의 에너지 및 엔트로피 전달
고체 또는 정지상태의 유체 내에서 이루어짐.
-기체상태: 전도는 기체 분자의 불규칙한 운동에 의해,
-액체상태: 전도는 기체보다 더 조밀하고 강한 상호영향을 가진 분자의 운동에 의 해.
-고체상태: 격자 진동의 형태인 원자의 운동에 의해 이루어진다.
b)대류 열전달 : 공기와 같이 가열된 유체의 이동
고체 표면과 움직이는 유체 사이에서 분자의 불규칙한 운동과 거시적인 유체의 유동, 두 가지의 메커니즘에 의해 이루어짐.
-강제대류: 유체의 유동이 외부로부터 작용하는 힘에 의해 발생
-자연대류: 온도차로 인한 부력으로 인해 발생
c)복사 열전달 : 가열된 표면의 방출에서 다른 표면에서의 흡수까지 전자기 복사로서 에너지 전송
물질에서 방사되는 에너지가 전자기적인 파동에 의해 전달됨으로써 이루어진다. 전도와 대류는 매질이 잇어야 이루어지지만 복사의 경우 진공상태와 같이 매질이 없는 상태에서도 이루어진다. 온도 T인 물체 표면으로부터 방사되는 에너지의 최대량은 Stefan-Boltzmann식에 의해 정의되며 최대량을 복사하는 즉 방사율 ε 이 1.0인 표면을 흑체라 부른다. 이 세 가지 형태의 열전달은 아래와 같은 수식으로 정의된다.
실제 상황에서는 이들 형태가 중첩되어 나타나게 되며 이때의 전체 열전달을 총열전달율, 또는 총 열유속 등으로 부른다.

구분
관계식
파라미터
비고
전도열전달
q" = k(△T/△L)
열전도율 k
(물질의 고유성질)
Fourier의
열전도법칙
대류열전달
q" = h△T
열전달 계수 h
(유체의 상황)
Newton의 냉각법칙
복사열전달
q" = εσ(T₁-T₂)
방사율 ε
(물체 표면 특성)
Stefan-Boltzmann
법칙



3) Fourier법칙
: 전도에 의한 열흐름 관계를 나타낸 식
- 등온표면을 통과하는 열흐름 속도 그 표면에서의 온도구간

q: 표면에 직각방향으로 그 표면을 통과흐는 열흐름 속도
A: 등온표면적
n: 표면에 직각으로 측정된 거리
T: 온도
k: 비례상수 ( 물질의 고유특성으로서 열전도도라고 부르며 온도범위가 크지 않은 경우에는 일정한 값으로 불 수 있다. )
q/A ∝ △T/△L 또는 q = -kA (dT/dx)
- 편도함수의 의미; 온도가 위치와 시간 양자에 따라 변할 수 있다는 사실을 나타냄
- 부호 (-)의 의미; 열흐름이 뜨거운 곳으로부터 찬 곳으로 일어나고, 또 구배의 부호는 열흐름에 반대라는 물리적 사실을 반영함
4)열전도도(thermal conductivity)(k)
어떤 물질의 열전달을 나타내는 수치
k[ W/(m*K) ]로 나타내며, 낮은 k값을 갖는 고체들은 단열재로 사용하여 열흐름 속도를 감소시키게 된다

참고자료

· 열물성 측정법 <김석원 저, 울산대학교 출판부>
· 단위조작 Easy manual <고용식 저, 선학사>
· 일반 공학 실험 <공저, 동화기술>
· 브리태니커 백과사전 > 과학 > 물리학 > 열역학
· 영문 자료