[열전도실험] 열전도(Conduction) 실험

목차

1. 서론
1) 실험목적
2) 실험이론

2. 실험 과정
1) 실험장치 설치도
2) 실험 방법

3. 실험결과 및 토의

4. 결론 및 제안

5. 단위환산

6. 참고문헌

본문내용

00132
25V
11.932
-120
0.00094
(그래프 1 : 각 전압에 따른 열전도율)
☞ 석고 보드 (Gypsum Board) 의 실제 열전도율
300K 에서의 열전도율 : 0.17
2) 아크릴 ( 두께 : 2.8 mm )
① 실험값
Q/A (mV)
△T (mV)
20V
-4.061
0.175
② 실험 결과
△T (K)
20V
-114.017
2.818
0.11329
☞ 아크릴(Acrylic) 의 실제 열전도율
전도율: 0.19 ~ 0.24
3) 발포 폴리 스티렌 ( 두께 : 8.2 mm )
① 실험값
Q/A (mV)
△T (mV)
20V
-4.481
0.660
② 실험 결과
△T (K)
20V
-125.808
10.628
0.09707
☞ 발포 폴리스틸렌 ( Expanded Polystyrene ) 의 실제 열전도율
300K 에서의 열전도율 : 0.027
실험결과 토의
이상으로 실험을 통하여 각각의 시편에 열전도율을 알아보았다.
하지만 실험에 의한 열전도율은 실제의 열전도율과 비교해본 결과 모두 오차가 발생하였다. 그것은 여러 가지 원인이 있겠으나 우선 고려할 수 있는 사항은 실내온도의 변화와 접촉저항에서 찾을 수 있다.
먼저 실내 온도 변화의 경우를 살펴보자.
우리는 실험을 통하여 시편 설치기 주변에 공기의 유동이 있을시 멀티미터의 전압값이 변동한다는 것을 볼 수 있었다. 하물며 시편 설치기가 있는 장소는 바로 문 옆이어서 사람들의 출입이 있을 때는 주변 온도가 급격히 변화하였고 이런 조건하에서 제대로 된 실험 결과를 얻을 수 없었던 것이다.
다음으로 접촉저항의 경우를 살펴보자.
먼저 접촉저항에 대해 간략히 알아보면, 복합계에서는 재료 사이의 접촉면을 가로지르는 온도 강하가 있을 수 있는데 이 온도변화는 열 접촉저항에 기인하다.
접촉저항은 접촉점과 틈에 의한 두 개의 병렬저항으로 볼 수 있다. 접촉면적은 전형적으로 작고, 특히 거친 표면에 대해서는 저항의 대부분이 틈에 의해 만들어 진다.
이런 접촉저항을 줄이기 위한 방법은 여러 가지가 있을 수 있겠는데 이번 실험에서는 접촉저항을 줄이기 위해서 압력을 높이는 방법, 즉 시편과 설치기 사이의 압력을 높이기 위해 클램프를 이용해서 조여 주었다. 이렇게 하면 압력이 높아짐으로써 접촉 면적이 늘어나고 틈이 줄어들어서 접촉저항을 줄일 수 가 있는 것이다.
하지만 이것도 어느 정도의 한계가 있고, 또한 시편과 설치기에는 각각 어느 정도의 표면 거칠기가 존재하기 때문에 이로 인하여 오차가 발생 되었다고 생각한다.
또 한 가지 덧붙이자면 이번 실험에서는 시간관계상 많은 반복실험을 하지 못했고 대부분 평형상태에 도달하기 이전에 실험을 마쳐야 했기 때문에 오차는 그만큼 더 클 수밖에 없었던 것 같다.
석고 보드 실험에서 △T 의 값이 음수로 나왔고 전압이 증가함에 따라 또 그 절대값이 증가했는데 이것은 아마도 Thermocouple 의 상하가 바뀌어서 나온 현상일 것이라 추측된다. 따라서 앞으로는 실험 전 장치의 설치가 올바로 되어 있는지 미리 확인하는 바른 습관을 가지도록 노력해야겠다.
석고 보드 실험에서 볼 수 있듯이 보통 고체의 열전도율은 몇몇을 제외하고는 온도가 증가함에 따라 열전도율은 작아지는 경향이 있고 이와는 반대로 기체의 경우 역시 몇몇을 제외하고는 온도가 증가함에 따라 열전도율이 증가하는 경향이 있다.
4. 결론 및 제안
우리는 이번 실험을 통하여 각 시편의 열전도율을 측정하여 실험치와 이론치를 비교하고 Fourier 법칙을 이해하며 또한 전도 특성을 생각해보는 계기를 가짐으로써 우리의 일상생활에 많은 영향을 미치는 전도의 특성과 열전도율을 구해봄으로 열전도율이 전도에 미치는 영향을 관참해보는 것을 목표로 하였었다.
이번 실험에서 얻은 결론과 몇 가지 제안들은 다음과 같다.
① 모든 실험에서나 마찬가지겠지만 이번실험에서도 실제값과 이론값에서 상당한 오차가 발생 하였다. 이것은 앞에서 언급한 바와 같이 실내 내부 온도의 불규칙한 변화와 시편과 설치기의 열접촉저항에서 비롯된 것이다. 따라서 앞으로는 더 정확한 실험을 위하여 클램프 조임을 확실히 하고 실험 위치를 온도변화가 비교적 적은 안쪽에 배치할 것을 제안하는 바이다.
② 또한 이번 실험에서는 시간에 너무 쫓기다 보니 가열 후 평형상태에 이르기 전에 실험을 마쳐야만 했고 그렇게 했음에도 불구하고 시편 두 세 개정도를 한 번씩 실험할 시간조차 없었다. 그리고 실험 시작전에 아무런 배경지식 없이 들어오다 보니 처음에 실험에 관한 내용을 이해하는 것에만도 많은 시간이 소비 되었다. 따라서 좀더 효과적인 실험을 위해 미리 관련 자료를 학생들에게 배포해주어서 실험 시작점 어느 정도 숙지한 상태에서 올수 있도록 했으면 한다.
③ 열전도율은 물체의 특성을 나타내는 하나의 물성치 로서 이번 실험을 통하여 실험값과 실제 값들을 알아보고 Fourier 법칙을 알아봄으로써 전도 특성을 이해 할 수 있는 좋은 계기가 된 것 같다.
5. 단위 환산
① 열유속 : 1 mv = 8.9
② 1 Btu= 1055.06 J
③ 1 J = 1 W/s
④ 1 hr = 3600 s
⑤ 1 ft = 0.3048 m
⑥ 온도차 : 1 mv = 0.0345
⑦ (단 온도차의 항목을 사용하므로 32 는 무시함.)
6. 참고 문헌
1) 정태용 외 4인 번역, {Heat and Mass Transfer}, 서울: (주)교보문고, 2003.
p.3-5 ,p.102-103.
2) 권영필 외 6인 번역, {HEAT TRANSFER, Edition}, 서울: 경문사, 2000.
p.1-4
부록: 데이터 기록 방법
지금까지의 실험에서의 데이터 기록 방법에는 우선 사람이 직접손으로 기록하는 방법과 기계가 기록하는 방법, 또 컴퓨터가 기록하는 방법이 있었습니다.
이런 기록방법들은 이외에 데이터를 기록하는 방법으로는 음성장치와 영상장치를 이용하는 방법이 있습니다.
즉 녹음기와 같은 것으로 음성 데이터를 기록하는 방법이 있겠고, 사진이나 캠코더 등으로 영상 데이터를 기록하는 방법이 있습니다.
또한 어느정도의 한계는 있을 수 있지만 사람의 기억력에 의한 데이터 기록방법이 있을 수 있습니다.

키워드

열전도,   전도,   conduction,   열전도실험,   전도실험,   절도 열전달,   열전달,   열유속