열전도(1차원 정상상태 열전도 실험)
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목차

1. 목적 및 개요

2. 실험 이론
2-1. 전도
2-2. Fourier의 열전도 법칙
2-3. 열전도도.
2-4. 접촉 열저항

3. 실험 방법

5. 토의 및 고찰
i) 1차원 정상상태에 대한 검증-열손실
ii) 각 재질에 대하여 측정한 열전도계수 값과 이론적으로 구한값 사이의 오차
iii) 온도분포 그래프

본문내용

.0768
위의 표에 정리된 것처럼 실제 실험에서는 실린더의 반경방향으로 열손실이 일어났다. 단열재의 k가 작기 때문에 이를 통한 열전달량은 작게 나타나고 이는 단열재의 특징을 보여준다. 실제 실험에서 단열재를 이용하였지만 100% 완전한 단열을 이루지 못했다. 따라서 실험에서 가정한 1차원 열전도가 아닌 2차원 열전도 현상이 되고 말았다. 이것이 전체 실험의 오차를 발생시키는 원인으로 작용한 것으로 추측되어 진다.
ii) 각 재질에 대하여 측정한 열전도계수 값과 이론적으로 구한값 사이의 오차
실험값과 이론값의 오차는 대략 17%정도 였고, 스테인레스 스틸에서 최대 57%정도의 오차를 보였다.
표에서 구한 열전도 계수값은 20℃를 기준으로 작성되었고, 평균온도를 기준으로 보간을 하여 사용하였기 때문에 실험에서 사용한 온도를 이용한 것과는 오차가 생기게 된다. 또한 실험에서 사용한 금속들의 가공정도나 마모정도에 있어서 문제가 있을 수도 있다. 금속이 오래되었거나 가공이 잘못되었을 경우 내부나 표면에 크랙이나 기공이 발생할 수 있고 이로 인해 각 금속을 통해 전달되는 열량의 정도가 달라질 수 있다. 단면이 동일한 원통에 동일한 양의 열이 전달되었다고 가정하고 계산을 하였기 때문에 오차가 발생했을 것이다. 또한 실험 자료에 명시된 금속 성분 외에 불순물이 함유되었을 것이라는 추측도 해볼 수 있겠다.
정상상태를 만드는 과정에서 오차가 발생할 수도 있다. 계측장비를 이용한 것이 아니라 T6의 온도변화를 열전대를 이용하여 눈으로 보고 관찰한 것이므로 실험이 정확히 정상상태에서 이루어졌다고 확신할 수 없다. 실제로 실험자의 눈으로 ±0.5℃의 온도 범위를 보는 방법에 한계가 있다. 또한, 실험을 시작하는데 있어서 온도를 보정하지 않고 바로 실험을 시작하여서 여기서 온도계의 오차로 인해 정확한 온도의 측정이 불가능 했을 수도 있겠다.
위에서 반경 방향으로의 열손실에 대해 고찰해 보았듯이 실험장비의 단열재가 그 역할을 다하지 못하여 100% 단열을 이루지 못했다. 그래서 실제로 열이 단열재를 통하여 외부로 방출되었고, 이는 계산결과를 통해 알 수 있다. 하지만 열전도계수를 구하는 과정에서는 이를 고려하지 않았기 때문에 이론값과 상이한 결과를 얻게 된 것이다.
iii) 온도분포 그래프
온도그래프를 살펴보면, 먼저 순동과 황동 구간에서는 거의 일정하게 온도구배가 나타나는 것을 볼 수 있다. 이것은 아마도 두 금속들의 성분이 Cu가 주성분이기 때문에, 비슷하게 그래프가 이어지는 것으로 이해할 수 있다. 그리고 순동구간에서 온도구배가 가장 적은 것은 순동의 열전도 계수가 5개의 금속 중에서 가장 크기 때문이다. 그 다음 스테인레스 스틸의 구간에서는 온도구배가 상당히 크게 나타나는데, 이것은 스테인레스 스틸의 열전도계수가 5개의 금속 중에서 가장 작기 때문에, 똑같은 열을 똑같은 길이에서 전달하기 위해서는 그만큼 온도강하가 크게 나타나게 되는 것으로 이해된다. 또한 순철에서는 스테인레스 스틸 보다는 온도구배가 작지만, 나머지 3개 금속에 비하면, 온도구배가 크게 나타나는데, 이것은 5개의 금속 중에서 순철의 열전도계수가 2번째로 작기 때문일 것이다. 마지막으로 알루미늄을 살펴보면, 온도구배가 작은데, 이것은 알루미늄의 열전도계수가 상당히 크기 때문이다. 결과적으로 황동-스테인레스 스틸구간과 스테인레스 스틸-순철 구간에서 온도구배가 크게 나타났는데 전체 온도구배에서 스테인레스 스틸과 순철이 반이상의 온도구배를 차지하고 있다. 즉, 다른 금속들에 비해 열전도계수가 상당히 작은 두 금속이 열을 많이 포함하는 것을 알 수 있다. 결국 열전달량과 열전도계수와의 관계를 알 수 있는 그래프이다.

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  • 등록일2009.05.30
  • 저작시기2009.5
  • 파일형식한글(hwp)
  • 자료번호#538395
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