열전달 실험 _결과레포트 [A+]

소개글

열전달 실험 _결과레포트 [A+]에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Abstract
2. Experiment
3. Result & Discussion
4. Conclusion
5. Reference

본문내용

n을 사용하지 않는 것보다는 사용하는 것이 훨씬 열을 효율적으로 전달할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
실험의 결과값은 대체적으로 금속의 열전도도의 경향성에 비례하게 잘 나왔지만, 실험 과정에서 정확도를 낮추는 몇 가지 요인들이 존재했다. 이들 오차의 원인과 그 결과에 대해 분석해보자.
먼저 실험을 진행할 때 Thermo gun을 이용해 금속 시편의 표면온도를 측정하는 과정에서 같은 지점을 쏴서 측정함에도 불구하고 Thermo gun과 금속시편 사이의 거리에 따라 계속해서 측정되는 온도가 변화해서 측정에 어려움이 있었다. 그 뿐 아니라 Thermo gun을 금속시편과 수직으로 하여 측정할 때와 각도를 달리 해 같은 지점을 측정할 때도 측정되는 온도에 차이가 있어 정확한 온도가 측정될 때까지 기다리며 실험을 진행해 시간 간격인 7분을 훨씬 넘어버리면서 정확한 실험이 진행되지 못한 점이 있어 이에 대한 오차의 원인을 생각해보았다. Thermo gun은 측정할 물체에 적외선 레이저를 쏴서 그 쏘아진 물체의 부분의 온도를 측정하는 원리로 작동된다. 만약 측정 물체와 Thermo gun 간의 거리를 매우 가깝게 한다면 멀리 하는 것보다 더 국소적인 부분으로 적외선 레이저가 쏘아질 것이고, 이 부분의 온도가 측정될 것이다. 그런데 Thermo gun을 더 멀리 위치한 채로 레이저를 쏜다면 그 쏘아진 레이저의 부위가 지름 0.01m 의 얇은 금속 시편을 벗어나 그 바깥의 외부 온도까지 복합적으로 측정되어 버릴 수 있을 것이다. 이처럼 레이저를 쏘는 Thermo gun의 거리에 따라서 쏘아진 물체의 범위가 달라질 수 있으므로 더 정확도가 높은 실험을 위해서는 Thermo gun과 측정 물체인 금속 시편 간의 거리를 가까운 정도로 특정 길이로 지정해 모든 경우에 그 위치에서 동일하게 측정하면 금속 시편 바깥으로 온도가 분산되지 않을 것이고, 측정 부위의 넓이가 비슷해 더 정확히 온도를 측정할 수 있을 것이다. 이제 다음으로 Thermo gun을 금속 시편과 수직인 방향으로 쏠 때와 기울여서 쏠 때의 온도가 달라지는 이유를 생각해보자. 만약 Thermo gun을 금속 시편과 수직인 방향으로 적당히 가까운 거리에서 쏜다면 오로지 금속 시편에만 적외선 레이저가 가해져 그 시편만의 온도가 측정될 것이다. 그러나 만약 위에서 아래 방향으로 Thermo gun을 기울여서 금속 시편의 같은 지점을 쏘게 되면 그 각도의 차이로 인해 쏘아지는 레이저가 Heat plate로도 분산되어 가해져 그 빛이 반사되어 Heat plate의 열까지 복합적으로 측정될 수가 있다. 그 결과로 수직으로 시편만의 온도를 측정할 때보다 더 높게 나올 확률이 있는 것이다. 이와 반대로 Thermo gun을 아래에서 위 방향으로 기울여 같은 지점을 쏜다면 이번에는 Heat plate 가 아니라 시편의 바깥인 실험실의 천장 쪽으로 적외선이 동시에 쏘아져 그 빛이 반사되어 수직으로 측정한 시편의 온도보다 더 낮게 측정될 수 있을 것이다. 따라서 Thermo gun이 반사되는 열까지 측정하지 않을 수 있도록 금속 시편에 수직인 방향으로 일정한 거리에서 Thermo gun을 쏴야 더 정확한 온도를 측정할 수 있을 것이라고 생각한다.
그리고 이론적으로는 금속시편의 Base 온도가 Heat plate의 온도인 160로 유지되는 상태에서 Base로부터 멀어질수록 온도가 낮아져야하는데, 알루미늄의 온도 측정에서 15cm 지점의 온도가 12cm 지점보다 더 높게 측정되는 오차가 발생하였다. 이 오차는 초반 실험 과정에서 발생한 오류라고 생각한다. 알루미늄 금속 시편의 한쪽 끝에 서멀 그리스를 바르고 Heat plate 위에 수직으로 세우는 과정에서 잘 세워지지 않고 자꾸만 쓰러졌었다. 원인을 알아보고자 알루미늄 시편의 Heat plate에 세운 한 쪽 끝의 단면을 살펴보니 표면이 깨져 고르지 않아 잘 세워지지 않았던 것임을 깨닫고, 다시 반대쪽 끝의 단면에 서멀 그리스를 발라 Heat plate 위에 수직으로 세워 실험을 진행하였다. 그런데 이 과정에서 처음 세워진 알루미늄 시편의 한 쪽 끝은 세우는 과정에서 이미 뜨겁게 달궈진 Heat plate로부터 열을 전달받아 온도가 올라갔을 것이다. 이 때문에 반대쪽으로 방향을 바꾸어 실험했을 때 15cm 지점의 온도가 시간이 지나 조금 온도가 내려갔더라도 160의 뜨거운 열을 전달받아 아직 잔열이 남아있는 상태이기 때문에 12cm 지점보다 더 높게 측정된 것이라고 생각한다.
이 밖에 다른 오차의 원인으로는 정확하지 않은 Heat plate의 온도가 있다. 이번 실험에서는 초반에 Heat plate의 온도를 160로 설정하고 실험을 진행했지만 그 온도가 정도로 계속해서 변해 정확한 온도의 유지가 어려웠다. 이 때문에 금속시편을 바꿔 새로 실험을 시작할 때마다 Table 3.에서의 각 금속의 0cm 에서의 표면온도에서 볼 수 있듯이 Base의 온도가 조금씩 바뀌어서 정상상태의 유지가 어려웠다. 이로 인해 Heat plate에서 각 금속 시편으로 전달되는 열의 양이 달라졌을 것이기 때문에 실험의 결과에도 영향을 주었을 것이라고 생각한다. 온도 변화가 더 적게 일어나는 Heat plate을 사용한다면 더 정확도 높은 실험 결과를 얻을 수 있을 것이다.
마지막으로 자연대류의 조건에서 주위 바람의 영향을 최대한 막기 위해서 단열 장갑을 Heat plate 주위에 세워두고 실험을 진행했는데 이러한 차단으로는 주위 바람을 완벽하게 차단할 수 없었을 것이다. 또한 실험을 진행한 테이블 바로 옆에 에어컨이 위치해 있어 그로 인한 바람을 막기가 힘들었기 때문에 이로 인해 대류조건을 정확하게 설정하는 것이 힘들었다. 더 완전한 자연대류의 조건을 형성하기 위해서는 주위 바람이 완전히 차단된 후드 안에서 실험을 진행하면 외부의 바람이 거의 들어가지 못하기 때문에 더 정확도 높은 실험 결과를 도출해낼 수 있을 것이라고 생각한다.
5. Reference
[1] Yunus A. Cengel, Cengel의 기본 열전달, McGrawHill, 2017, 408 page
[2] 2019학년도 3학년 2학기 실험노트

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