[이동현상실험] 자연대류 실험[Melting of Ice by Natural Convection]

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[이동현상실험] 자연대류 실험[Melting of Ice by Natural Convection]
Melting of Ice by Natural Convection
◎ 목적
‘여러 가지 형태의 기계류에 대하여 열전달이 달라지게 된다’는 열전달의 기본개념을 토대로 여러 가지 형태의 얼음의 자연대류조건에서의 열전달 실험을 통하여 자연대류현상에 대한 지식을 습득한다.

◎ 이론
⑴ 대류(Convection)
· 유체의 흐름과 연관된 열의 흐름
· Convection Flux는 표면온도와 유체 온도간의 차에 비례

⑵ 강제대류와 자연대류
· 강제대류 : 흐름이 밀도 차에 무관하며 펌프나 교반기 같은 기계적 장치에 의한 대류
· 자연대류 : 흐름이 밀도 차에 의한 부력 때문이거나, 유체 내 온도 차로 인한 대류

얼음이 외부공기로부터 받은 열량은 녹아내린 얼음의 양으로 생각할 수 있다. 따라서 이며 이를 시간의 변화에 따라서 녹아내린 얼음의 양을 측정하여 열량의 변화()를 살펴본다.

자연대류의 이론에서

이 관계로부터

공기의 자연대류에 의해 전달된 열이 얼음의 질량변화를 초래하고 값과 값에는 변화를 주지 않는다. 따라서 위 두식은 다음과 같은 식으로 변형할 수 있다.
얼음의 밀도를 안다면 는 의 차원이므로

이 식을 위 식에 대입하면

과 를 제외하고는 모두 실험과 자료를 통하여 알 수 있는 값이 되므로 변수 과 에 대하여 수식을 정리하면

양변을 적분하면

따라서 를 도시하면 직선관계를 얻는다.

◎ 실험기구
옆의 그림과 같이 stand에 얼음을 받쳐줄 수 있도록 setting하고 밑에 얼음이 녹아내린 물을 받을 수 있는 작은 용량의 비커를 놓고 정밀한 무게를 측량할 수 있는 무게 측량 장치로서 녹아내린 얼음의 양을 시간의 간격을 두고 측정한다.

◎ 실험준비물
Stand, 클램프, Stop watch, 메스실린더, 저울

◎ 실험방법
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