열공학 실험 [열전도도 측정 실험]

목차

1.실험 목적

2.이론및 해석

3.실험결과및 분석

4.결론

본문내용

기점에서 온도로부터 온도곡선을 그려 열전도도를 구하는 실험을 수행한다. 열전도도를 구하기 위하여 Fourier's law가 적용된다.
고체의 열전도도 측정법을 익히고 전열저항과 전열량을 계산함에 있어 Fourier's law 법칙을 이해하고 사용하는데 열전도도 실험의 목적이 있다.
2. 이론적 해석
고체 물체내에서 온도 차이가 있으면 열은 공온 영역에서 저온영역으로 흐른다. 전도에 의해 전달되는 열전달량은
여기서
q : heat transfer rate (kJ)
K : thermal conduxtivety (kJ / kg,K)
A : cross sectional area ()
: temperature gradient (K/m)
(1)
일반적으로 온도 t에서 열전도도를 K라하고 0℃에서 열전도도를 라 하면 대부분의 물질들은 다음과 같은 공식에 의해서 열전도도를 근사적으로 나타낼 수 있다.
(2)
값은 온도계수 (temp. coefficient)이며 보온 물질 (insulational materials)들은 ‘+’값을 가지며, 금속류(metals)등은 ‘-’값을 갖는다. 식 (1)에다 식(2)를 대입하면
(3)
위식을 정상상태에서 온도 및 의 범위에서 적분하면
(4)
는 ,간의 K의 평균치이기 때문에 이것을 라 하고
는 온도차이므로 로 나타내면 식(4)는
(5)
전열 단면적이 일정한 물질인 경우 식(5)를 적분하면
(6)
여기서 L은 열이 전도되는 방향으로의 길이다. 또는 다음과 같이 표시할수 있다.
(7)
여기서과 는 임의의 물체의 두께를 표시한다. 에 대하여 풀면
(8)
그러나 대부분에 경우 두 물체의 접촉면에서 온도 강하가있다. 이것을접촉저항(contact resistance)이라 하면, 이점을 고려해 주어야 한다. Fig.5에서와 같이 물체C 및 D사이에 시험편 B물체 D 및 E사이에 시험편 A를 삽입할 경우, 시험편 앞뒤에서 각각 접촉저항이 생긴다. 이 접촉저항의 값을 제거시키기 위하여 두께가 다른 같은 재질의 2개의 시험편을 사용한다. 지금 를 접촉저항값 및 는 각각 두께및 시험편의 저항치라 하면 시험편 각각의 총 저항값은
그러나
(9)
는 두께 시험편의저항 값이지만 저항치는 전도도의 역수이므로
(10)
그리고 이식은 아래와 같이 나타낼수 있다.
(11)
,는 시험편의 저항 및 시험편과 기준통간의 사이에서 발생되는 접촉저항이 고려된 총 열전도도 값이며,,는 식(8)에 의해 구하고,식(9),(10),(11)로부터
따라서 구하려는 시험편의 열전도도 k는
(12)
여기서
3. 이론과 분석
= 0.002 m , = 0.004m , = 0.03m , = 372m
● 180℃
● 140℃
● 80℃
■ Temperature Gradient 그래프
4. 결론
고체의 열전도도를 이해했고 이에 따른 열전도도의 측정 방법을 습득하였으며 정상 상태의 열 이동으로부터 열전도도를 구해 전도에 의한 열전달 현상을 이해하게 되었습니다.
전열저항과 전열량을 계산함에 있어 Fourier's law 법칙을 이해하는데 어려웠다.
미세한 공간이 존재하기 때문에 열 손실이 발생했다. 물질간에 발생하는 열 손실을 줄이기 위해서 위에서 말한 접촉 열저항을 줄이는 방법들을 사용해야 할것이다. 또 한간지 실험의 오차를 생각해보면, 실험 자체가 일정한 상태에서 결과를 측정해야 하지만, 실제 실험 환경에서는 좀 힘들었다.또한 일정한 상태에 이르기 위해서는 오랜 시간이 걸리는데 이 또한 한가지 오차 원인으로 생각할 수 있을 것이다.
◆ 참고 자료 ◆
- 「열공학 실험」 한국 문화사출판사
- 「Heat transfer」 -(A Practical Approach) Yunus A. cengel

키워드

열전도도,   열공학 실험,   전도도,   실험,   측정실험