일반물리학실험 | 얼음을 이용한 열전도도 측정

 

 

 

TIP

 

 

고체의 열전도도를 측정을 통하여 열전도 현상 및 열전도 방정식을 이해하고 고체 내에서 전도되는 열량의 측정방법을 익힌다.

 

 

 

실험 배경

물질의 이동을 수반하지 않고 고온부에서 저온부로 열이 전달되어 가는 현상을 말합니다. 예를 들면 금속막대의 한쪽 끝을 가열하면 가열되는 부분부터 순차적으로 뜨거워지는 경우나, 온도가 다른 물체끼리의 접촉에 의해 열의 이동이 일어나는 경우를 들 수 있습니다. 액체나 기체 내부에서의 열의 이동은 주로 대류(對流)에 의해 일어나지만, 고체내부에서는 주로 이 방법에 의해서 열이 이동합니다. 열전도에 의한 물체 내부에서의 열의 전달속도는 물질 내부에서의 온도기울기(단위길이당의 온도차)에 비례하지만, 물질의 종류에 따라 큰 차이가 있습니다.

 

예를 들면, 구리나 철과 같은 전기의 양도체에서는 열이 매우 빠르게 전달되지만, 황이나 플라스틱과 같은 전기적으로 절연체인 물질에서는 늦게 전달됩니다. 또 액체나 기체는 고체에 비해 매우 늦고 이 방법에만 의존하고 있다고 한정하면 그 일부에 가해진열을 전체에 확산시키기는 어렵습니다. 이것은 열전도의 메커니즘이 각각의 물질에 따라 다르기 때문으로 이것을 수치로 나타내는 데는 두께 1㎝의 물질 층의 양면에 1℃의 온도차를 두었을 때, 그 층의 1～2㎝의 넓이를 1초 사이에 통과하는 열량을 사용하며, 이것을 그 물질의 열전도도라고 합니다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 얼음주형(mold)에 물을 채우고 얼린다.

 

2) 시료의 두께 h를 측정하고 기록한다.

 

3) 장치도를 꾸미고 steam chamber 위에 시료를 놓는다.

 

4) 얼음의 직경 d₁를 측정하여 기록하고 얼음을 시료위에 놓는다

 

5) 얼음이 녹아서 시료와 완전히 접촉될 때까지 몇 분 기다린다.

 

6) 녹은 얼음을 담을 용기의 질량을 측정한 후에 시간 t_a(약 5분정도)동안 녹는 물을 모으고 전체 질량을 측정하여 기록하면 녹은 얼음의 질량 m_wa을 계산할 수 있다.

 

7) steam chamber에 증기를 발생시켜서 온도가 안정될 때까지 기다린 후에 용기를 비우고 6)의 과정을 되풀이하여 녹은 얼음질량 m_w, 걸린 시간 t를 기록한다.

 

8) 얼음의 직경 d₂를 다시 한 번 측정한다.

 

9) d₁, d₂로부터 평균값 d_avg를 계산하여 면적 A를 구한다.

 

10) 증기를 발생시키기 전후의 얼음의 녹는 비율 R_a, R=(m_wa/t_a, m_w/t)를 계산하여 R₀(온도 차이에 의한 순수율)= R-R_a를 구하면, 다음과 같이 구할 수 있다.

 

 

 

 

[일반물리학실험]얼음을 이용한 열전도도 측정 레포트