열전도도 실험

■ 실험 제목
열전도도

■ 목적
고체의 열전도 현상에 대한 이론과 열손실의 계산, 화학 장치 등의 보온, 보냉 재료에 따른 선택의 기초 자료로서 상대적인 고체의 열전도도를 이해하고, 이에 따른 열전도도의 측정방법을 습득하고, 정상 상태의 열이동으로부터 열전도도를 구하고 전도에 의한 열전달 현상을 이해하도록 한다.

■ 이론
● 전도(conduction)
물체는 움직이지 않고 물체의 속으로 열만이 이동하는 현상-열흐름(퓨리에의 법칙)을 전도라고 한다. 연속체내에서 온도구배가 있게 되면, 열은 그 구성성분의 시각적 이동 없이 흐를 수 있다. 금속 고체 내에서 열전도는 구속되지 않는 전자의 운동에 기인하고, 열전도도(thermal conductivity)왿� 전기전도도(electrical conductivity)가 거의 일치한다. 불량 전기전도체인 고체나 대부분의 액체에 있어서 열전도는 온도구배에 따른 개개 분자의 운동량전달에 기인된다. 그러므로 열은 고온 영역으로부터 저온영역까지 확산(diffusion)된다. 전도의 흔한 예로는 노벽 또는 관 벽과 같이 불투명한 고체에서의 열 흐름이다. 금속 액체나 기체내 열전도는 유체 흐름에 영향을 받거 나 때로는 전도왿� 대류 과정에서 함께 관여되기도 한다.

열량(Q)은 단면적(S)에 비례하고, 두 면간의 온도차 및 시간(t)에 비례하며, 두 면 사이의 거리()에 반비례한다.


● 열전도도란?
열전도도는 물질 고유의 물성치로서 소위 한 물질의 전달 특성 중의 하나이다. 공학단위계에서는 q가 W(watt) 또는 Btu/h로, 그리고 dT/dn은 ℃/m 또는 ℉/ft로 측정된다. 그래서 k의 단위는 W/m-℃ 또는 Btu/ft2-h-(℉/ft)(즉, Btu/ft-h-℉)이다.
푸리에법칙은 k가 온도 구배에 무관하나 온도 자체에는 필연적으로 무관한 것은 아님을 나타내고 있다. 실험에 의해 광범위한 온도 구배에서 k의 독립성이 확증되나, 다공성 고체만은 제외된다. 이 다공성 고체는 선형온도법칙에 따르지 않고, 입자간 복사가 전체 열 흐름량에 중요한 몫을 차지하게 된다. 이왿� 반대로 k는 온도의 함수이나 강함수는 아니다. 좁은 범위의 온도에서 k는 일정하다고 생각할 수 있다. 큰 온도구간에서 k는 다음 형태의 식에 의해 추정할 수 있다.