1. 실험목적
한 면이 가열되고 다른 3면이 등온 단열된 2차원 평면 전도체에서 각 그리드 점에서 실험적으로 온도를 측정하고 이 데이터와 그리드를 생성하여 계산한 결과를 비교하여 실험값과 해석결과가 어느 정도의 차이가 있는가를 비교하고 그 차이가 나는 원인을 분석해 봄으로써 열전도의 기본원리와 수치해석에 대한 능력을 배양함에 있다.
2. 이론적 배경
♦ 열 전 달
열이 영국의 물리학자 줄(joule)에 의해 에너지의 한 형태임이 입증 되었고, 원자가 발견됨에 따라 열은 물체를 구성하는 입자들이 갖고 있는 에너지라는 것을 확인하였다. 열을 전달하는 것 역시 입자들이 진동, 이동하면서 주변의 입자들에게 운동에너지를 전달하기 때문에 이루어진다. 열전달과 열은 다른 개념이다. 예를 들어, 같은 온도일지라도 우리는 금속을 나무보다 더 차갑게 느낀다. 왜냐하면 금속의 열전도율이 훨씬 높기 때문이다. 열전달의 방법에는 전도, 대류, 복사의 세 가지가 있다.
1) 전도(conduction)
철사의 한쪽 끝을 불로 달구면 다른 쪽 끝도 뜨거워진다. 에너지가 불에서 철사를 따라 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 전도되었기 때문이다. 불에 의해 열에너지가 가해지면, 열을 받은 금속 원자들과 전자가 굉장히 큰 진폭으로 진동하게 되고, 그 에너지는 주변의 원자들에게도 전달된다.
열전도율은 두께에 반비례하며 맞닿은 면적, 온도 차에 비례한다. k값은 여기서는 열전도도로, 물질의 종류에 따라 달라지는 비례상수다. 값이 클수록 열전도율이 크며, 대부분의 금속의 값은 비금속에 비해 훨씬 크다.
[ 여러 가지 물질의 열전도도 ]
강철
납철
구리
공기
헬륨
나무
유리
열전도도
14
35
67
401
0.026
0.15
0.11
1.0
2) 대류(convection)
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2015.02.26
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