화학공학실험 - 고체의 열전도도 측정 실험

소개글

화학공학실험 - 고체의 열전도도 측정 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

__1.서론
____(1) 실험목적
____(2) 개요

__2.이론
____(1) 열전달
________①전도열전달
________②대류열전달
________③복사열전달
_(2) 열전도
____(3) 열전도도
_
__3.실험
____(1)실험장치
____(2)실험기기 및 시약
(3)실험방법

__4.결과및고찰
____(1)table
____(2)graph
________①brass
________②sus #304
________③Al
________④Cu
⑤온도에 따른 열전도도
____(3)고찰

__5.결론

__#nomenclatures
__#reference

본문내용

re 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
(2)기기 및 시약
유체를 물로 사용하였음. -시약은 없다-
●녹는점과 끓는점이 높다
-물은 수소결합에 의한 분자간의 결합이 강해서 다른 물질에 비해 녹는점과 끓는점이 높다.
●융해열과 기화열이 크다
●물의 밀도
-얼음에서는 수소결합에 의해 빈 공간이 많은 육각형 구조가 형성 되므로 액체 상태의 물에 비해 부피가 크다. 그러나 얼음이 녹아 물이 되면 얼음에서 형성된 수소 결합의 일부가 끊어져 빈 공간을 채우므로 물의 부피가 줄어든다.
-온도가 계속하서 증가하면 분자 운동이 활발해져서 부피가 팽창하므로 물은 4도에서 최대의 밀도를 가진다.
●물의 표면장력이 크다
-액체내부의 분자는 상하좌우로 인력이 작용하여 힘의 균형을 이룬다. 그러나 표면의 분자는 상하 방향의 힘이 균형을 이루지 못하고 아래의 방향으로 힘이 작용하여 액체의 표면적을 가능한 작게 하려는 표면 장력이 나타난다.
-분자간의 인력이 크기 때문에 나타난다.
●물의 비열이 크다
-어떤 물질 1g을 1도 높이는데 필요한 열량을 비열이라 한다.
-수소 결합을 끊는데 많은 열이 필요하기 때문에 높다.
●물의 용해성
물 분자는 수소 쪽에 부분적인 양전하를 띠고 산소 쪽에 부분적인 음전하를 띤 극성 분자이다. 극성 분자들은 극성 분자들과 서로 잘 섞이며 염화나트륨과 같은 이온 결합 물질을 잘 녹이는 성질이 있다.
사용 기기는 구리,알루미늄,스테인리스,황동 의 재질로 이루어진 실험편을 사용
(3)실험 방법
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
(1)Table
(2)graph
Brass
SUS #304
Aluminium
Copper
온도에 따른 열전도도
(3)고찰
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 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.
5.결론
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
# Nomenclatures
q = x 방향 열전도속도(J/sec or cal/sec)
A = 열흐름 방향에 수직인 전단면적(㎡)
dT/dx = x 방향 온도기울기(온도구배)
k = 전도체의 열전도도(상수)(kcal/mhr℃)
온도 (℃)
부피유속 (L/H)
열전도도 (W/m℃)
두께 (m)
열저항 (℃/W)
# Reference
단위조작 / Mc cabe. Smith Harriot / Mc Graw Hill / 2005. 3.30 / P287～288
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
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

키워드

고체의 열전도도 측정,   전도 대류 복사,   열전달 메커니즘