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자연과학 자료실 실험보고서 - 열전도도 실험 보고서

 

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[열전도도 실험]

1. 실험목적

열전달이란 물체 사이의 온도차에 의하여 일어나는 에너지 유동을 말한다. 이런 열전달 프로세스에는 전도(conduction), 대류(convection), 복사(radiation) 의 세 가지가 있다. 이러한 열전달 프로세스에는 물질의 성질을 나타내는 각각의 프로세스에 대한 물성치인 열전달 계수(heat transfer coefficient) 가 있다.

고체내의 두 점 사이의 온도차가 존재할 때 열은 높은 온도에서 낮은 온도로 흐르며 이 현상을 열전도라 한다. 이 때 단위 면적당 열전달률은 면적에 수직한 방향의 온도구배에 비례하며 그 비례 상수를 열전도율(thermal conductivity) 라 한다. 이번 실험은 각각 시편의 열전도율를 측정하여 Fourier 법칙을 이해하며 또한 전도의 특성에 대하여 생각해보는 계기를 가짐으로써 일상생활에서 많은 영향을 미치는 전도의 특성과 열전도율를 구함으로써 열전도 율이 열전도에 미치는 영향을 관찰하는 것을 목적으로 한다.

2. 기본이론

? 열전달 3가지

?전도

- 두 물체가 접촉되어 있을 때 온도가 높은 물체의 분자는 큰 운동 에너지를 갖고 있으므로 빠른 속도로 운동하여 온도가 낮은 물체의 분자에 충돌한다. 이렇게 충돌하면서 고온 물체의 에너지가 저온 물체로 이동한다. 즉 열이 이동하는 것인데 이런 현상을 전도라 한다.

?대류

- 액체나 기체 상태에 있는 분자들은 열을 받으면 운동이 활발해져서 부피가 팽창하고 밀도도 작아지게 된다. 그러면 상대적으로 가벼워지므로 위로 올라가고 저온 부분은 밀도가 커져서 아래로 내려온다. 따라서 기체나 액체 내에서는 분자들의 집단적인 순환적인 흐름에 의해서 열이 이동된다. 이러한 현상을 대류라 한다.

?복사

- 열이 매질을 통하지 않고 고온의 물체에서 저온의 물체로 이동하는 것을 열의 복사라고 한다.

② 열접촉저항

복합계에서는 재료 사이의 접촉면을 가로지르는 온도 강하가 있을 수 있다는 것을 알아야 한다. 이 온도의 변화의 원인은 접촉 열저항이라고 하는 것이다. 즉 두 물체가 접촉하고 있을 때에 그 접촉면을 통하여 열전도가 일어나면서 그 접촉면 부분에서는 일정한 열저항이 발생하게 된다. 실제로 두 물체를 접촉시킨다는 것은 이상적으로 두 물체를 아무런 공간없이 완벽하게 붙일 수 없기 때문이다. 이 때의 두 물체내의 온도분포곡선은 접촉면 부분에서 하락이 일어난다. 이것은 접촉면에서 큰 열저항…(생략)

 

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