열전도도 실험

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열전도도 실험
열전도도 실험

1) 실 험 목 적
고체의 열전도 현상에 대한 이론과 열손실의 계산을 통해 재료에 따른 선택의 기초 자료로서 상대적인 고체의 열전도도를 이해한다. 이에 따른 열전도도의 측정 방법을 습득하고, 정상 상태의 열 이동으로부터 열전도도를 구하고 전도에 의한 열전달 현상을 이해하도록 한다.

2) 관 련 이 론
한 물체 안에 온도구배가 존재한다면 고온부분에서 저온부분으로 에너지가 전달된다는 사실을 우리는 경험을 통해서 잘 알고 있다. 이때 열은 전도(전자의 이동에 의하여 온도가 높은 영역으로부터 낮은 영역으로 에너지가 이동하는 열 흐름 메카니즘)에 의해서 전달되고, 전도에 의한 열흐름의 기본관계는 Heat Flux 와 온도구배 사이의 비례이다.

비례상수를 고려해 주면

❷

이 식은 프랑스의 수리물리학자 Joseph Fourier의 이름을 따서 Fourier의 열전도법칙이라 부른다.

q:
표면에 직각방향으로의 열흐름 속도 [J/s]

:
표면에 직각으로 측정된 거리 [m]
A:
표면적 [m2]
k:
열전도도 [J/m․s․℃]
T:
온도 [℃]
여기서,

일반적으로 T℃에서의 열전도도 k는 0℃에서의 열전도도 k0와 온도 T의 함수로서 근사적으로 다음 식으로 표시된다.

k0 : Conductivity at temperature 0 ℃
: (+) insulation material
(-) metal

식❸를 식❷에 대입, 거리 x2 - x1 , 온도 T1 - T2 범위에 대해 적분하면,

❹

여기서 k0를 T1과 T2에서의 열전도도의 평균값, (T1 - T2)를 T라 하고 전열 면적 A가 일정한 경우라면,

x2 - x1
=B=
절연층 두께
....