소개글
"화공시스템 실험 고체 열전도도 결과"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
2. 이론
2.1. Fourier's law
2.2. 열전도도의 온도 의존성
2.3. 복합재료에서의 열전도도 계산
3. 실험장치 및 방법
3.1. 실험장치 및 재료
3.2. 실험 방법
4. 실험결과
4.1. 온도구배 계산
4.2. 열전도도 계산
5. 실험결과에 대한 고찰 및 토론
5.1. 결과 분석
5.2. 오차 원인 검토
6. 결론
7. 기호 설명
8. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
물질의 전이 없이 연속적 열적 진동의 결과로써 나타나는 것이 바로 열전달이다. 이러한 열전달 현상을 실험을 통해 측정할 수 있는데, 특히 고체에 대한 열전도도 측정에 있어 기존 기기에서 정상 상태의 조건, 기기 조작법, 측정 온도로부터 열전도도를 구하는 Fourier's law의 계산법을 사용할 수 있다. 이 실험을 통해 Fourier's law에 의한 열전도도로써 이해하고, 열전도도 측정 장치를 이용하여 sus304의 열전도도를 측정한다. 그리고 실험에서 사용된 미지의 고체(sus304)의 특성을 알 수 있다.
2. 이론
2.1. Fourier's law
전도에 의한 열전달에 있어서 등온의 표면을 통한 전열속도는 그 표면에서의 온도구배에 비례한다. 이를 Fourier's law라 하며, 수식으로 나타내면 다음과 같다.
q=-kA {dT} over {dx}
여기서 q는 표면에 직각으로의 열흐름 속도이고, x는 표면에 직각으로 측정된 거리, k는 열전도도, A는 표면적, T는 온도이다. 이는 1차원 흐름에 대한 것으로, 흐름의 방향이 직선이며 일정온도 분포의 조건하에서 전도를 정상상태 전도(steady state conduction)라 한다.
일반적으로 열전도도가 T℃에서 k, 0℃에서 k_{0}라고 하면, 대부분의 물질은 k=k_{0} (1+ alpha t) 와 같이 온도에 따른 열전도도 변화를 나타낼 수 있다. 여기서 alpha가 +값이면 열전도도가 온도 상승에 따라 증가하는 단열재(insulator)이고, -값이면 금속(metal)에 해당한다.
정상상태에서는 q/t가 시간에 관하여 무관하므로 일정하다. 따라서 q/A = k(T1-T2)/L의 관계가 성립한다. 이를 부분적분하면 q/A = k_0(T1-T2)[1+ alpha/2(T2+T1)]와 같이 나타낼 수 있으며, 여기서 k_avg = k_0[1+ alpha/2(T2-T1)]는 온도 T1과 T2 사이의 열전도도 평균값이 된다.
이러한 Fourier's law를 이용하면 대류와 복사가 없는 고체의 열전도도를 측정할 수 있다.
2.2. 열전도도의 온도 의존성
열전도도의 온도 의존성이다. 대부분의 물질은 온도가 증가함에 따라 열전도도가 증가하는 경향을 보인다. 온도가 올라가면 원자의 열진동 진폭이 커지게 되어 자유전자의 이동이 활발해지기 때문이다. 금속의 경우, 온도가 올라감에 따라 자유전자의 운동에너지가 증가하여 열전도도가 증가한다. 하지만 고온에서는 격자결함이나 격자변형이 커지게 되어 산란이 증가하므로, 열전도도가 다시 감소하는 경향을 보인다. 일반적인 고체의 경우 다음과 같은 식으로 표현할 수 있다.
k = k0 (1 + αt)
여기서 k0는 0도에서의 열전도도이고, α는 온도계수이다. 절연체의 경우 α가 양의 값을 가지며, 금속의 경우 α가 음의 값을 갖는다....
참고 자료
화학공학 실험서
Warren L. McCabe,Julian C. Smith and Peter Harriott, “Unit Operation of Chemical
Engineering”, 6th ed., McGraw-Hill, Korea, 2001
http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=starletzzang&logNo=120169128681
한국생산기술연구원 공식 블로그https://blog.naver.com/kitechblog/221340582447
수원대학교 화학공학과, 화공시스템및실험, pp. 5~11
해시넷, 열전도도
http://wiki.hash.kr/index.php/%EC%97%B4%EC%A0%84%EB%8F%84%EB%8F%84
대한화학회, 이것이 궁금합니다(열전도도), 2009 + Autumn 111p
Mccabe, Smith, Harriot, 단위조작, 7th ed., 2017, pp. 251~254와 부록
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