열역학 제1법칙과 열전달

소개글

열역학 제1법칙과 열전달에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 열역학 제1법칙
2. 열역학 제1법칙의 여러 프로세스
3. 열전달과정

본문내용

판에 대한 열전도도에 대해 알아보았으니 복합판에 대한 열전도에 관해 고찰해보도록 하겠다. [그림 2]에서 보는 바와 같이 두께와 열전도도가 각각 , 그리고 , 인 두 판으로 이루어진 복합판이 있다고 가정하자. 각 판의 온도가 , 이며 면적이 일 때 아래와 같은 식으로 나타낼 수 있다.
여기서, 식을 풀어보자.
그리고 의 식을 풀어보자.
그리고 두 판 사이에 개의 단열재가 놓여 있다고 가정한다면 아래와 같은 식으로 간략히 나타낼 수 있다.
대류(convection)
전도(conduction)가 고체 내에서 이루어지는 열전달 과정이라면 대류(convection)는 유체(액체와 기체) 내에서 이루어지는 열전달과정이다. 대류는 부력의 원리가 이용된다. 밀도가 낮은 유체는 위로 뜨며 반대로 밀도가 높은 유체는 아래로 가라앉는다. 이렇게 유체의 밀도 차이에 의해 이루어지는 자연적인 현상이 대류이며 이러한 대류를 유발하는 유체의 밀도차이는 유체의 온도에 의해 결정된다. 예를 들어, 태양 내부에서도 태양의 핵융합 과정에 의해 발생한 고온의 에너지는 대류를 통해 태양 표면으로 전달되며 표면의 차가운 기체는 태양표면 아래로 내려가면서 주기적인 순환이 이루어진다. 이 또한 유체의 온도 차이에 의해 발생하는 대류현상의 좋은 예이다.
복사(radiation)
복사는 물체가 에너지를 교환하는 세 번째 방법으로 전자기파에 의한 것이다. 이러한 방법으로 전달되는 에너지를 흔히 열복사(thermal radiation)라고 하며 이는 텔레비전 방송 등과 같은 전자기 복사와 핵자가 에너지와 입자를 내놓는 핵복사와는 구별된다. 복사에는 열전달을 위한 매개체가 필요 없으며 진공을 통해서도 에너지가 전달될 수 있다. 물체가 전자기복사로 에너지를 내놓는 비율은 물체의 표면적과 그 면의 온도에 의해 결정된다.
여기서 는 볼츠만 상수(Boltzman constatns)로 의 값을 가지며 는 물체 표면의 방출률로 0에서 1사이의 값을 갖는다. 여기서 가 1이면 이 물질을 흑체(black body)라고 한다. 절대영도(absolute zero) 이상의 물체는 어느 것이든지 열복사를 낸다.
또한, 물체가 주위로부터 열복사로 에너지를 흡수하는 비율은 주위 온도가 균일하다고 할 때 아래와 같이 나타낼 수 있다.
물체는 열복사를 방출하기도 하고 흡수로 하기 때문에 열복사에 의한 에너지 교환의 알짜 비율을 아래와 같은 식으로 나타낼 수 있다.

키워드

전도,   대류,   복사,   열역학 제1법칙,   흑체,   볼츠만 상수,   에너지 전달률,   내부에너지,   한 일의 양