금속의 열전도도

본문내용

전도도(K)는 다음 식으로 구할 수 있다.
q = 열량 = 전압(220v) x 전류
B = 시편의 두께
A = 시편의 단면적 []
△T = 지점4-5번, 6-7번의 온도강하
측정치를 대입하면 다음과 같다.
q = 220V × 0.6A = 132W (50℃ 에서), q = 220V × 1.5A = 330W (80℃ 에서)
B = 4mm = 0.004 m, 2mm = 0.002m
D = 38.05mm = 0.03805 m
A = = 1.13 ×10 m
풀이는 다음과 같다.
(스텐레스 강 50℃ 4~5번의 경우)
K = = 29.20 W/m℃
① 스텐레스 강
실험온도
구 간
△T (℃)
K (W/m℃)
上 4mm
上 2mm
上 4mm
上 2mm
50℃
4~5
16
16
29.20
14.60
6~7
6
7
38.93
(66.75)
80℃
4~5
31
35
37.68
16.68
6~7
13
13
44.92
(89.65)
② 알루미늄
실험온도
구 간
△T (℃)
K (W/m℃)
上 4mm
上 2mm
上 4mm
上 2mm
50℃
4~5
12
15
38.93
15.57
6~7
10
7
23.36
66.75
80℃
4~5
36
31
32.44
18.84
6~7
13
15
44.92
77.87
③ 구 리
실험온도
구 간
△T (℃)
K (W/m℃)
上 4mm
上 2mm
上 4mm
上 2mm
50℃
4~5
14
15
33.37
15.57
6~7
9
7
35.95
66.75
80℃
4~5
32
35
36.50
16.68
6~7
15
9
38.93
(129.79)
3) 이론값과 실험 평균값의 비교
K (W/m℃)
이론값
실험평균값
스텐레스 강
17
30.33
알루미늄
204
39.83
구리
380
34.82
(※ 계산값에서 괄호친 값들은 다른 값들과 비교하여 벗어나는 정도가 커서 그 값들은 제외하고 평균값을 구하였다)
6. 고 찰
이번 실험은 금속의 열전도도에 관한 실험 이였다. 실험 방법이 크게 복잡하지 않아 실험 방법을 쉽게 이해하고 실험을 진행 할 수 있었다. 하지만, 온도와 시편, 그리고 시편의 위치를 달리하여 각 부분에서의 온도를 기록해야 하기 때문에 측정 할 것이 많았고, 시편을 번갈이 끼어야 하는 번거로운 면도 있었다. 특히 온도가 80℃일 때는 시편과 그 주변이 매우 뜨거운 상태이기 때문에 시편을 갈아 끼우는데 애로사항이 있었다. 또한, 실험 온도를 맞추는 것이 매우 까다로웠다. 실험하고자 하는 온도로 쉽게 올라가지 않았고, 또한 원하는 온도 이상으로 계속 올라가는 경우도 있어, 이것을 조절하는 것이 매우 까다로웠다.
우리 조는 50℃와, 80℃ 의 온도로 실험을 진행하였으며, 시편은 스텐레스 강, 알루미늄, 구리로 각각 2mm, 4mm 를 사용하였다. 시편이 삽입된 부분에서의 온도 차이를 보면 예상과는 달리 시편의 종류와 상관없이 온도변화의 차이가 비슷한 양상을 보이는 것을 알 수 있었다. 금속마다 열전도도가 다르기 때문에 온도변화가 다르게 보일 것이라 생각했는데, 예상외의 결과였다. 열전도도를 구한 값을 보면 스텐레스 강의 경우 이론값과 실험평균값이 비교적 가까운 것을 알 수 있지만, 알루미늄과 구리의 경우에는 큰 차이가 나는 것을 알 수 있다. 또한, 6~7 구간의 경우 온도, 시편의 종류와 두께에 상관없이 다른 부분의 값들보다 큰 값을 나타내는걸 알 수 있다. 모든 실험에서 이와 같은 양상을 보이는 걸로 보아서, 정확한 원인은 알 수 없지만 이 부분에 어떠한 문제가 있어 이런 양상을 나타내는 것으로 판단된다.
이렇게 오차가 크게 발생하는 이유는 기계가 측정하고자 하는 온도까지 도달하지 않았을 가능성이 있으며, 그것이 시편까지 충분히 전달되지 않았을 수도 있다. 또한, 시편이 들어있는 부분의 보온을 위해 뚜껑을 닫는 장치 가 있는데 이것이 충분한 보온 역할을 못했을 가능성도 있다. 그리고 시편을 삽입하는 부분과 시편이 완전히 일치하도록 삽입된 것이 아니라 완전히 고정되지 않아 작은 부분이지만 그 부분에서 열이 제대로 전달되지 못했을 가능성도 배제 할 수 없다.
이처럼 실험을 진행 할 때 주변의 많은 사항들로 인하여 오차가 발생하곤 한다. 오차가 완전히 없는 실험은 없지만, 그 오차를 최소화 할 수는 있다고 생각한다. 따라서 앞으로 실험을 진행 할 때는 오차를 최소화하고, 정확한 결과를 얻기 위해 더욱 노력할 것이다.
이번 실험을 통하여 금속의 열전도도를 직접 측정 할 수 있는 좋은 경험이었으며, 열전도도의 이론에 관해 정확하게 알 수 있게 되었다.

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