[물리응용실험] 고체 열전도 : 단순바에서 선형적인 열전도를 측정하여 Fourier`s law가 성립함을 증명해보고 복합바(composite bar)에서의 열전도를 통해 벽면의 전열개수를 구해본다

소개글

[물리응용실험] 고체 열전도 : 단순바에서 선형적인 열전도를 측정하여 Fourier`s law가 성립함을 증명해보고 복합바(composite bar)에서의 열전도를 통해 벽면의 전열개수를 구해본다에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 개요

2. 목적

3. 실험장치

4. 실험과정

5. 측정항목

6. 결과처리

7.결과 분석 및 토론

8. 기 타

본문내용

tmeter Q=3 (W)일때랑 같음
복 합 바( composite bar )
Test
No
Wattmeter
Q(watts)
T1
(oC)
T2
(oC)
T3
(oC)
T7
(oC)
T8
(oC)
T9
(oC)
A
3
24.8
24.5
23.3
13.9
13.9
13.8
B
5
31.4
31.4
29.6
16.0
15.9
15.8
C
7
38.8
38.4
36.3
18.2
18.1
18.0
1. 횡축은 복합바의 길이, 종축은 온도로 하는 GRAPH를 그려서 재질(brass - stainless steel - brass)에 따라 온도구배가 어떻게 달라지는지 관찰하라.
Test
No
Wattmeter
Q (W)
단면적
D2(m2)
평균온도구배
|dT/dx|
(℃/m)
열전도도k
(W/m℃)
A
3
0.00049
137.5
44.53
B
5
0.00049
195
52.33
C
7
0.00049
260
54.95
( m2 ) 지름D=2.5cm=0.025m (W/m℃)
센서간 간격 1cm=0.01m 단면적 D2=( m2 )
Wattmeter Q=3 (W)
센서간격 T1-T9일때 평균온도구배 ==137.5(℃/m)
Wattmeter Q=5 (W)
센서간격 T1-T9일때 평균온도구배 ==195(℃/m)
Wattmeter Q=7 (W)
센서간격 T1-T9일때 평균온도구배 ==260(℃/m)
Wattmeter Q=3 (W)
센서간격 T1-T9일때 열전도도 k==44.53(W/m℃)
Wattmeter Q=5 (W)
센서간격 T1-T9일때 열전도도 k==52.33(W/m℃)
Wattmeter Q=7 (W)
센서간격 T1-T9일때 열전도도 k==54.95(W/m℃)
2. 복합바의 T1 과 T9 사이의 전열전달계수 ( U )계산
Test
No
Q (W)
A=D2(m2)
ΔT (℃)
( T1 - T9 )
전열전달계수U
(W/m2℃)
열전도도k
(W/m℃)
A
3
0.00049
11
556.586
44.53
B
5
0.00049
15.6
654.11
52.33
C
7
0.00049
20.8
686.81
54.95
Wattmeter Q=3 (W)
전열전달계수 U===556.586 (W/m2℃)
Wattmeter Q=5 (W)
전열전달계수 U===654.11 (W/m2℃)
Wattmeter Q=7 (W)
전열전달계수 U===686.81 (W/m2℃)
7.결과 분석 및 토론
이번실험은 매질을 통해 열을 전달하는 전도에 대한 실험을 하였다. 단순바에서 각각 Q=3,5,7Watts를 흘려보내서 온도를 측정하고 이를 통해서 열전도도k를 유추할수 있었다. 복합바에서도 마찬가지로 각각 Q=3,5,7Watts를 흘려보내서 온도를 측정하고 이를 통해서 전열전달계수U를 유추할수 있었다. 여기서 단순바의 말의 의미란 원래의 열측정장치와 동일한 재질의 바를 뜻한다. 단순바에서 는 전력이 높을수록 T1센서에서의 온도가 높은것을 확인할 수 있었다. 그리고 3개의 바가 접촉해있는 구조를 통해서 아무리 같은 재질이라고 해도 바가 붙어있을때와 따로 떨어져서 접촉됐을때와는 차이가 난다는 것을 알 수 있었다. 이러한 근거는 T3-T7구간의 온도변화가 다른구간의 온도변화에 비해 크기 때문이다.그리고 단순바에서 적용되는 푸리에법칙 식을 적용하면 약간의 오차가 발생하지만 거의 성립한다는것도 알수있다. 이러한 원인은 열이 발생하면 반드시 손실이 생기기 때문이다.
복합바에서는 단순바 실험에 의해 열측정장치의 온도가 올라가있었다. 단순바 실험을 통해서 온도가 높아질수록 접촉면에서 발생하는 온도손실이 더 높아진다는 것을 고려했을때, T7,T8,T9센서의 온도는 단순바 T7,T8,T9센서의 온도와 비숫하였다. 하지만 복합바에서 각 센서의 열전도도를 측정하면 단순바에 비해 많이 작았다. 이러한 원인은 같은 재질이 아니라서 재질의 열용량이 높아서 온도의 열전도가 제대로 이루어 지지않은것 같다. 그리고 복합바에서는 전열전달계수U를 구할수 있었는데 전력을 많이 흘려보낼수록 다른 재질이라도 열을 좀더 많이 전달할수 있는것을 확인할수 있었다. 이번 실험을 통하여 단순바와 복합바에서의 열전도의 과정과 현상을 이해하고 증명할수 있었다.
8. 기 타
푸리에 법칙
전도에 의한 열흐름의 기본관계는 등온표면을 통과하는 열흐름 속도와 그 표면에서의 온도구배간의 비례이다. 한 물체내 어느 위치에서 그리고 어느 시간에 적용될 수 있도록 일반화된 것을 Fourier 법칙이라 한다.

여기서, A = 등온 표면적, T = 온도, k = 비례상수(열전도도)

키워드

물리응용실험,   고체 열전도,   전도,   단순바,   열전도 측정,   열전달,   벽면의 전열개수