고체의 열전도도 측정
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- 목차
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1.실험제목: 고체의 열전도도 측정
2.실험목적
3.이론
1.열전달 기구
1)전도(conduction)
2)대류(convection)
3)복사(radiation)
4.실험방법
5.측정장치
6.실험결과
7. 오차 원인 분석
8.고찰
9.참고문헌
- 본문내용
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1.실험제목: 고체의 열전도도 측정
2.실험목적: 열전도는 물질의 혼합 이동을 동반하지 않고, 구성 분자의 열진동이 순차적으로 전달되어 이루어지는 전열이다. 화학공업에 있어서는 일반적인 로건설의 기초계산, 로벽에서의 열손실의 계산, 보온,보냉재의 선정, 화학장치 내외의 재료의 선택과 같이 여러 가지조작에 필요한 열전도도가 필요로 되는 경우가 많다. 그러므로 비교적 간단한 장치에 의해 고체 및 액체의 열전도도 측정법을 배우고 또한 측정을 통하여 열전도의 취급법을 익힌다.
3.이론
1.열전달 기구
물질은 그 상태에 따라 정해진 내부에너지를 가지며 내부 에너지 중 분자, 원자, 전자 등의 병진운동과 회전운동, 열진동 등의 운동 에너지가 그 물체의 온도를 결정한다. 온도가 다른 두 물체가 접촉하면 고온 물체로부터 저온 물체로 온도차에 의해 열평형에 도달할 때 까지 열이 전달된다. 이 때 열이 전달되는 속도는
인 관계가 있기 때문에 열전달 속도를 크게 하기 위해서는 추진력인 온도차를 크게 하던지 열저항(heat resistance)을 적게 할 필요가 있다. 열의 이동은 열이 전달되는 방법에 따라 다음과 같이 세 가지 기구에 의하여 이루어 진다.
1)전도(conduction)
같은 물체 중에서나 또는 접촉하고 있는 다른 물체 사이에 온도차가 있으면 정지하고 있는 유체의 경우에는 분자의 운동 또는 직접충돌에 의하여, 금속의 경우에는 전자의 이동에 의하여 고온부에서 저온부로 열전달이 일어나는 현상으로 분자자신은 진동만 하며 이동하지 않는다. 금속과 같은 고체벽을 통한 열전달 등이 이에 속한다.
2)대류(convection)
고온의 유체분자가 직접 이동하여 밀도차에 따른 혼합에 의하여 열전달이 일어나는 현상으로 실내공기의 가열, 물의 가열 등은 주로 대류에 의해 이루어진다.
3)복사(radiation)
모든 물체는 절대 0도가 아닌한 그 온도에 해당하는 열 에너지를 표면으로부터 모든 방향에 전자파로서 복사한다. 이 에너지가 공간을 통해서 물체에 도달하면 일부는 표면반사되고 일부는 투과되며 일부는 흡수된다. 이 때 흡수된 에너지는 그 물체의 온도를 상승시킨다. 이와 같은 열전달 현상을 복사라고 한다.
위의 세가지 열전달 기구는 단독으로 일어나기 보다는 동시에 일어나는 경우가 많다. 일반적으로 300도 이하에서는 열전달이 주로 전도와 대류로 이루어지고 복사현상은 무시할 정도이며 고온으로 올라갈수록 복사의 영향이 커지며 1000도 이상에서는 복사가 지배적이며 대류에 의한 열전달량은 무시해도 좋다.
2. 전도
열전달장치에는 여러 가지 형식이 있으나 관 또는 판의 고체벽을 통해서 열을 전달하는 경우가 보통이다. 또한 화학장치에는 보온, 보냉을 행할 경우가 많다. 이와 같을 때는 고체 내의 열전달이 문제가 되며 특히 노벽과 보온재에 관하여서는 열전도가 중요한 의미를 가진다.
1)Fourier의 법칙과 열전도도
열전도의 기본 법칙은 실험적 관찰에 근거하여 Biot로 유래되었으나 일반적으로는 그것을 열의 이론적 해석에 사용한 프랑스 수리물리학자 Joseph Fourier에 의해 성립되었다. 이 법칙에 의하면 한 방향으로 전도에 의한 열전달속도는 열흐름에 수직한 면과 그 방향의 온도구배의 곱에 비례한다.
지금 그림1과 같이 물체의 어떤 단면을 자르고 미소거리 dl[m] 사이의 온도차가 dt[℃]라고 할 때 미소시간 dθ[kcal]가 흐를 경우를 생각해 보자.
dt/dl[℃/m]는 단위길이당의 온도차로 온도구배, dQ/dθ[kcal/h]는 단위시간에 전달되는 열량으로 이를 열전달속도 또한 열이 흐르는 방향과 직각인 물체의 단면적 A[m2]를 열전달면적이라고 하면 열흐름은
…(식1)
<그림1> 1차원의정상열전도도
- 참고문헌
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- 고용식 단위조작실험 선학출판사 p81-91
- 성기천, 이진휘, 김기준 공저 화학공학 실험 사이텍미디어 p417~425
- 화학공학 실험 -성기천, 이진휘, 김기준 공저, (주)사이텍미디어, p417~425
- 열전달 -윤정인, 김시범, 차상원, 하만영 공역, 시그마프레스 p2~19
- Unit Operations of Chemical Engineering / McGraw
- perry's handbook / Perry, Robert
- 네이버 www.naver.com
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