목차
1. 서론
• 실험 목적
2. 이론
3. 실험
• 실험 장치
• 실험방법
4. 결과 및 고찰
•계산 과정
5. 결론
6. 참고문헌
• 실험 목적
2. 이론
3. 실험
• 실험 장치
• 실험방법
4. 결과 및 고찰
•계산 과정
5. 결론
6. 참고문헌
본문내용
와 온도 T의 함수로서 근사적으로 다음 식으로 표시된다.
위 식을 연립하고 적분하면
여기서, 전열면적 A가 일정하고, 온도범위 T1-T2에서 열전도도의 평균값을 k 로 표기하면
이 식으로부터 대류와 복사에 의한 열전달이 없는 순수한 전도에 대한 고체의 열전도도를 구할 수 있다.
본 실험은 열전도도를 알고 있는 기준관에 열전도도를 구하고자 하는 시험편을 삼입하는 방법이므로 기준관은 하첨자 r, 시험편은 하첨자 x로 표기하면
이 식에서 A는 일정하므로 kx는 다음 식으로 구할 수 있다.
보통의 경우, 기준관과 시험편의 접촉면은 아무리 밀착시켜도 공기 등에 의한 열전도 저항이 존재하게 되며 이의 보정이 필요하게 된다. R0를 접촉면 저항, Ra, Rb를 두께 xa, xb 인 시험편 저항이라면 총저항은,
,
여기서, 시험편 a, b는 재질은 동일하고 두께만 다른 것이다. 따라서
저항은 이므로
,
여기서, Ra' , Rb' 는 각 시험편 저항과 접촉면 저항이다.
ka', kb'를 구하면
여기서,
,
기준관(material : Cu)의 열전도도는 , 두께는 xr = 30mm 이며, △Ta 와 △Tb는 온도구배 그래프 작도에 의해서 구한다.
3. 실험
실험 장치
① volt meter
② ampere meter
③ temperature cotroller
④ temperature indicator
⑤temp.masurement switch
⑥ pilot lamp
⑦ heater power switch
⑨ standard cylinder
⑩ head tank
⑪ cartridge electric heater
⑫ chill water bath
⑬ standard cylinder insulator
⑭ supporter
⑮ adjust nut
cooling fin
MODEL
STC-300
Heater
Al Caster
Water Tank
아크릴 8T
Chill Water Bath
Φ160 X 80m/m
Water Flow Meter
7L/min
Control
Digital PID Control
Measuring Point
10Point
Temp Sensor
Thermocouple,CA
Stand Disc
Φ40 X 2 Φ40 X 4
Test Disc
SUS 304, Brass Aluminum
실험방법
① 시험편을 장치의 a(2mm), b(4mm)에 각각 설치하고 기준관과 시험편을 밀착시켜준다,
② 유량계를 통하여 냉각수를 일정하게 하부로 흘려 보낸다.
③ 전원을 넣고 온도 조절기의 설정 다이얼을 실험온도에 맞추고 냉각수량을 조절한다.
④ 항온조의 교반기가 작동하는지를 확인한다.
⑤ 모든 조작이 정상적이면 시간이 경과된 후 heater가 자동적으로 항온을 유지 하게 되며 온도 측정 실험을 한다.
⑥ 온도지시계의 전환 스튀치를 전환하여 온도를 읽고 정상상태 값을 기록한다. 시험을 3회 반복 한다.
⑦ 시험편을 바꿔 위의 방법과 같이 동일하게 실험한다.
⑧ 실험이 끝나면 모든 pipe line의 물을 배수시켜 준다.
4. 결과 및 고찰
계산 과정
첫 번째의 경우 예를 들어 계산하면,
나머지도 반복하여 계산한다.
5. 결론
이 실험은 고체의 열전도도를 이해하고 금속의 열전도도를 구하는 실험이다. 위 표에 의해 작성된 그래프를 살펴보면 온도 구간 T4~T5 , T6~T7 구간의 온도가 급격히 떨어짐을 알수 있다 이는 이 부분에 들어간 시험편의 열전도도에 의한 것으로 그 온도구배를 측정할수 있어 그 물질의 열전도도를 알수 있었다.그러나 네 번째 그래프 구리에 의한 그래프 선을 보면 기준관이나 시험편이나 같은 물질임에도 불구하고 온도차가 급격히 떨어졌는데 이는 시편을 투입하는 틈에 시편을 투입하면 이론상으로는 두께가 틈과 정확히 맞아야 하는데 아무리 꽉 죄여도 틈이 발생하고 딱 맞아 떨어지지 않아서 그 틈으로 공기(단열성이 큼)가 들어가서 생긴 온도차라고 생각된다. 이게 이 실험의 오차 원인 중 하나이다 그리고 다섯 번째 그래프를 살펴보면 황동의 열전도도가 스테인리스보다 낮게 기록 되어 있고 황동의 두 번째 꼭지점이 구리 알루미늄 보다 높게 되어있는 점(열전도도: 황동>스테인리스>알루미늄>구리)은 뚜렷한 정상상태의 시점을 알수 없기 때문에 생긴 오차라고 생각한다. 온도 변화가 생기지 않는고 생각하고 다른 실험으로 넘어간후 다시 돌아가면 온도가 변하고 있었다. 물론 아무리 천천히 변해도 기다려야 함은 맞지만 우리의 4시간 실험에서는 그렇게 까지 오래 기다릴수가 없어 실험을 속행했던 점이 이번실험에서 오차를 내게 한 두 번째 원인이다.이번 실험을 통하여 열전도에 경향과 영향을 주는 일반적인 성질을 이해 할 수 있었고, (예를 들어 물질의 열전도도와 두께에 관련된) 이를 Fourier 식에 대입해 열전도도를 구할 수 있었다. 결론은 고체를 통해 일어나는 열전도도식은 Fourier의 법칙에 의하여 적용되면 열흐름의 수직인 면적과 온도구배의 곱에 비례한다.. 이 비례 관계식의 비례상수 k는 물질의고유특성으로서 열전도도(thermal conductivity)라고 부르며 온도범위가 크지 않은 경우에는 일정한 값으로 볼 수 있다 준통 사이에 시험편을 삽입하여 열을 흐르게하고, 각 기점에서 온도로부터 온도곡선을 그려 열전도도를 구하는 실험을 수행한다. 열전도도를 구하기 위하여 Fourier's law가 적용된다
6. 참고문헌
열전달과 응용 / KIRK D. HAGEN원리 / 동명사 / 1999. 8. 10 / P20~22, P626~632
열전달 / Yanus. A. Cengal / Mc Graw Hill / 2003.12.25 / P58~59
Yildiz Bayazitoglu / Ozibik 열전달 / pp. 40~183 / 喜重堂
단위조작 / Mc cabe. Smith Harriot / Mc Graw Hill / 2005. 3.30 / P287~288
A.F. MILLS / 최신 열전달 / pp. 57~102 / Prentice Hall
Adrian Bejan / 열전달 / pp. 35~83 / 청문각
화학공학실험 강의노트 / pp. 30~38 / 부경대학교 공과대학 화학공학과
위 식을 연립하고 적분하면
여기서, 전열면적 A가 일정하고, 온도범위 T1-T2에서 열전도도의 평균값을 k 로 표기하면
이 식으로부터 대류와 복사에 의한 열전달이 없는 순수한 전도에 대한 고체의 열전도도를 구할 수 있다.
본 실험은 열전도도를 알고 있는 기준관에 열전도도를 구하고자 하는 시험편을 삼입하는 방법이므로 기준관은 하첨자 r, 시험편은 하첨자 x로 표기하면
이 식에서 A는 일정하므로 kx는 다음 식으로 구할 수 있다.
보통의 경우, 기준관과 시험편의 접촉면은 아무리 밀착시켜도 공기 등에 의한 열전도 저항이 존재하게 되며 이의 보정이 필요하게 된다. R0를 접촉면 저항, Ra, Rb를 두께 xa, xb 인 시험편 저항이라면 총저항은,
,
여기서, 시험편 a, b는 재질은 동일하고 두께만 다른 것이다. 따라서
저항은 이므로
,
여기서, Ra' , Rb' 는 각 시험편 저항과 접촉면 저항이다.
ka', kb'를 구하면
여기서,
,
기준관(material : Cu)의 열전도도는 , 두께는 xr = 30mm 이며, △Ta 와 △Tb는 온도구배 그래프 작도에 의해서 구한다.
3. 실험
실험 장치
① volt meter
② ampere meter
③ temperature cotroller
④ temperature indicator
⑤temp.masurement switch
⑥ pilot lamp
⑦ heater power switch
⑨ standard cylinder
⑩ head tank
⑪ cartridge electric heater
⑫ chill water bath
⑬ standard cylinder insulator
⑭ supporter
⑮ adjust nut
cooling fin
MODEL
STC-300
Heater
Al Caster
Water Tank
아크릴 8T
Chill Water Bath
Φ160 X 80m/m
Water Flow Meter
7L/min
Control
Digital PID Control
Measuring Point
10Point
Temp Sensor
Thermocouple,CA
Stand Disc
Φ40 X 2 Φ40 X 4
Test Disc
SUS 304, Brass Aluminum
실험방법
① 시험편을 장치의 a(2mm), b(4mm)에 각각 설치하고 기준관과 시험편을 밀착시켜준다,
② 유량계를 통하여 냉각수를 일정하게 하부로 흘려 보낸다.
③ 전원을 넣고 온도 조절기의 설정 다이얼을 실험온도에 맞추고 냉각수량을 조절한다.
④ 항온조의 교반기가 작동하는지를 확인한다.
⑤ 모든 조작이 정상적이면 시간이 경과된 후 heater가 자동적으로 항온을 유지 하게 되며 온도 측정 실험을 한다.
⑥ 온도지시계의 전환 스튀치를 전환하여 온도를 읽고 정상상태 값을 기록한다. 시험을 3회 반복 한다.
⑦ 시험편을 바꿔 위의 방법과 같이 동일하게 실험한다.
⑧ 실험이 끝나면 모든 pipe line의 물을 배수시켜 준다.
4. 결과 및 고찰
계산 과정
첫 번째의 경우 예를 들어 계산하면,
나머지도 반복하여 계산한다.
5. 결론
이 실험은 고체의 열전도도를 이해하고 금속의 열전도도를 구하는 실험이다. 위 표에 의해 작성된 그래프를 살펴보면 온도 구간 T4~T5 , T6~T7 구간의 온도가 급격히 떨어짐을 알수 있다 이는 이 부분에 들어간 시험편의 열전도도에 의한 것으로 그 온도구배를 측정할수 있어 그 물질의 열전도도를 알수 있었다.그러나 네 번째 그래프 구리에 의한 그래프 선을 보면 기준관이나 시험편이나 같은 물질임에도 불구하고 온도차가 급격히 떨어졌는데 이는 시편을 투입하는 틈에 시편을 투입하면 이론상으로는 두께가 틈과 정확히 맞아야 하는데 아무리 꽉 죄여도 틈이 발생하고 딱 맞아 떨어지지 않아서 그 틈으로 공기(단열성이 큼)가 들어가서 생긴 온도차라고 생각된다. 이게 이 실험의 오차 원인 중 하나이다 그리고 다섯 번째 그래프를 살펴보면 황동의 열전도도가 스테인리스보다 낮게 기록 되어 있고 황동의 두 번째 꼭지점이 구리 알루미늄 보다 높게 되어있는 점(열전도도: 황동>스테인리스>알루미늄>구리)은 뚜렷한 정상상태의 시점을 알수 없기 때문에 생긴 오차라고 생각한다. 온도 변화가 생기지 않는고 생각하고 다른 실험으로 넘어간후 다시 돌아가면 온도가 변하고 있었다. 물론 아무리 천천히 변해도 기다려야 함은 맞지만 우리의 4시간 실험에서는 그렇게 까지 오래 기다릴수가 없어 실험을 속행했던 점이 이번실험에서 오차를 내게 한 두 번째 원인이다.이번 실험을 통하여 열전도에 경향과 영향을 주는 일반적인 성질을 이해 할 수 있었고, (예를 들어 물질의 열전도도와 두께에 관련된) 이를 Fourier 식에 대입해 열전도도를 구할 수 있었다. 결론은 고체를 통해 일어나는 열전도도식은 Fourier의 법칙에 의하여 적용되면 열흐름의 수직인 면적과 온도구배의 곱에 비례한다.. 이 비례 관계식의 비례상수 k는 물질의고유특성으로서 열전도도(thermal conductivity)라고 부르며 온도범위가 크지 않은 경우에는 일정한 값으로 볼 수 있다 준통 사이에 시험편을 삽입하여 열을 흐르게하고, 각 기점에서 온도로부터 온도곡선을 그려 열전도도를 구하는 실험을 수행한다. 열전도도를 구하기 위하여 Fourier's law가 적용된다
6. 참고문헌
열전달과 응용 / KIRK D. HAGEN원리 / 동명사 / 1999. 8. 10 / P20~22, P626~632
열전달 / Yanus. A. Cengal / Mc Graw Hill / 2003.12.25 / P58~59
Yildiz Bayazitoglu / Ozibik 열전달 / pp. 40~183 / 喜重堂
단위조작 / Mc cabe. Smith Harriot / Mc Graw Hill / 2005. 3.30 / P287~288
A.F. MILLS / 최신 열전달 / pp. 57~102 / Prentice Hall
Adrian Bejan / 열전달 / pp. 35~83 / 청문각
화학공학실험 강의노트 / pp. 30~38 / 부경대학교 공과대학 화학공학과