[실험] 전도에 의한 열전달
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- 목차
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1. 서 론
2. 이론적 배경
2. 1 Fourier 법칙
2. 2 열전도도(thermal conductivity)
2. 3 정상상태 전도(steady-state conduction)
2. 4 직렬 복합저항(compound resistances in series)
3. 실험방법
3. 1 실험순서
3. 2 결과
3. 3 주의사항
4. 결 과
4. 1 실험결과
4. 1. 1 금색 시험편
4. 1. 2 은색 시험편
4. 2 오차 계산 및 정리
4. 3 오차의 원인 분석
4. 4 오차 최소화
5. 결 론
Nomenclatures
References
Appendix
- 본문내용
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2. 이론적 배경
2.1. Fourier 법칙
전도에 의한 열흐름의 기본관계는 등온표면을 통과하는 열흐름 속도와 그 표면에서의 온도구배간의 비례이다. 한 물체 내 어느 위치에서 그리고 어느 시간에 적용될 수 있도록 일반화된 것을 Fourier 법칙이라 한다. 이것은 다음과 같이 쓸 수 있다.
(1)
여기서, q=표면에 직각방향으로 그 표면을 통과하는 열흐름 속도
A=등온표면적
n=표면에 직각으로 측정된 거리
T=온도
k=비례상수
식 1에서 편도함수는 온도가 위치와 시간 양자에 따라 변할 수 있다는 사실에 주의를 환기시키는 것이다. 그리고 음(-)부호는 열흐름이 뜨거운 곳으로부터 찬 곳으로 일어나고, 또 구배의 부호는 열흐름에 반대라는 물리적 사실을 반영하는 것이다.
식 1이 특별히 등온표면의 경로에 적용될지라도 임의 표면, 필연적으로 등온이 아닌 표면을 통과하는 열흐름에도 이 식이 쓰인다. 이때에도 면적 A 는 표면적이고, 경로 길이는 그 표면에 직각으로 측정된 것이다. 이 Fourier 법칙의 확장은 2 차원 또는 3 차원 흐름의 연구에도 유용하다. 이때 열흐름은 직선 대신 곡선을 따라 흐르게 된다. 1 차원 열흐름은 1 차원 유체흐름과 유사하고, 경로 길이를 측정하는 데 하나의 선형 좌표만이 필요하게 된다.
1 차원 열흐름의 예가 그림 1에 표시되었는데, 이것은 평수냉로벽(flat water-cooled furnace wall)을 표시한다. 초기에는 로벽이 25℃로서 냉각수와 평형된 온도에 있다. 이 로벽의 온도분포가 선 I로 표시되어 있다. 이 온도평형에서 T 는 시간과 위치에 무관하다. 이제 로벽의 한 쪽을 700℃까지 상승하고 다른 쪽 온도는 25℃로 유지될 것이다. 그래서 열흐름이 시작되고, 약간의 시간 경과 후 온도분포는 곡선 Ⅱ와 같은 형태로 표시된다. 어느 주어진 지점, 즉 점 c 의 온도는 상승되어 가고, T 는 시간과 위치 두 변수에 의존된다. 이러한 과정을 비정상상태 전도(unsteady-state conduction)이라 하고, 식 1 은 그 평판(slab)내에서 각 시간마다 각 지점에 적용된다. 마지막으로, 이벽이 충분히 긴 시간 동안 뜨거운 기체 및 찬 공기와 접촉되어 있게 되면, 선 Ⅲ으로 표시되는 온도분포가 얻어질 것이고, 이 분포는 더 긴 시간이 지난 후에도 변함없이 존속될 것이다. 일정한 온도분포의 조건하에서의 전도
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