열전달 1-31C to 49C.docx
열전달 HEAT AND MASS TRANSFER 4th Edition SI Units.
Fundamentals and Applications
-YUNUS A. CENGEL
-AFSHIN J. GHAJAR
-유성연, 김경훈, 김병철, 김창녕, 이종붕, 조형희 공역
McGraw-Hill
1-31C
은보다 다이아몬드가 열전도율이 더 우수하므로 다이아몬드가 열전도체로서 더 우수하다.
1-32C
열전도도는 물질의
단위 면적, 단위 온도 차 당 물질의 단위 두께에 따른 열전달률을 뜻한다. 열전도도는 물질을 통해 얼마나 빠르게 열이 전도되어 이동하는지 알 수 있는 척도가 된다.
1-33C
열전달 방법에는 전도와
대류, 복사가 있다. 전도는 물질 내의 입자 중 상대적으로
에너지가 많은 입자가 상대적으로 에너지가 적은 입자와 상호작용을 통해 에너지를 전달하는 현상이다. 대류는
고체면과 인접하여 이동하는 액체 또는 기체 사이에서 발생하는 열전달이며 전도와 유체운동이 복합된 효과로 나타나는 현상이다. 복사는 물질 내 원자나 분자의 전기적 특성이 변하면서 전자기파 또는 광자의 형태로 방출되는 에너지이다. 전도나 대류와는 달리 복사열전달에서는 중간 매개체가 필요 없다.
1-34C
고체의 경우
전도는 물질 내의 격자모형 내부의 분자들의 진동과 자유전자에 의한 에너지전달로 인하여 나타난다. 기체와
액체의 경우 전도는 각 분자들의 불규칙적인 움직임에 의한 충돌과 확산에 의해 발생한다.
1-35C
창문이 없는
벽을 통해서 열이 전달된다. 이 때 열전도에 영향을 주는 변수들은 벽의 형상과 벽면의 넓이, 두께, 그리고 벽의 재질과 온도차이다.
1-36C
전도는 푸리에의 열전도 법칙으로 표현되며 관계식은 다음과 같다.
이 때, 
는 온도 구배이고 
는 열전도도, 
는 열이 전달되는 방향의 수직한 방향으로의 단면적이다.
대류는 뉴턴의 냉각법칙으로 표현되며 관계식은 다음과 같다.
이 때, 
는 대류열전달계수이고, 
는 대류 열전달이 일어나는 곳의 면적이 되고, 
는 표면의 온도, 
는 표면 주위에서 충분히 멀리 떨어져 있는 유체의 온도이다.
복사는 슈테판-볼츠만의 법칙으로 표현되며 관계식은 다음과 같다.
이 때, 
는 표면의 방사율이고, 
는 표면의 면적, 
는 표면의 온도, 
는 표면 주변의 평균온도이고, 슈테판-볼츠만 상수의 값은 
이다.
1-37C
대류는 유체의
움직임을 포함하고 있고, 전도는 이러한 움직임이 없다. 고체의
경우에 전도로만 열전달이 일어난다.
1-38C
전도와 대류에
의해 전달되는 에너지는 없으며 오직 복사로만 전달된다.
1-39C
강제대류는 유체가
외부의 힘에 의해 움직이는 경우를 얘기한다. 즉, 팬이나
펌프, 기압 차로 인한 바람 등에 의해 일어나는 대류이다. 자연대류는
유체의 움직임이 밀도 차에 의한 부력으로 인한 대류를 말한다.
1-40C
방사율은 한 물체가 외부 광 에너지를 흡수한 후 일부 재방사하거나 혹은 표면 반사 현상이 일어날 때 재 복사하는 에너지 비율을 말하며, 이론적으로 외부 에너지를 흡수한 후 100% 복사하고 표면 반사하지
않는 물체를 흑체라 하며, 이때의 방사율 값을 1로 규정한다.
흡수열은 물제착 복사선을 흡수할 때 입사 에너지를 I, 흡수 에너지를 A로 하면 A/I를 그 물체의 흡수율이라 한다.
키르히호프의 복사법칙은 일정한 온도에서 같은 파장의 복사에 대한 물체의 방사율과 흡수열의 비는
일정함을 일컫는다
1-41C
흑체는 주어진
온도에서 최대의 복사(전자기파)를 방출하고 모든 복사(전자기파)를 흡수하는 이상적인 물체를 이야기한다. 실제의 물체는 같은 온도에서 흑체보다 작은 양의 복사(전자기파)를 흡수하고 방출한다.
1-42C
물질의 단위
두께, 단위 온도 차에 대한 열전달률이라고 할 수 없다. 간단한
예로 위와 같은 설명을 적용해 보면 물질의 두께가 두 배가 된다고 가정하면 열전도도가 두 배가 되므로 이는 올바르지 않다. 사용된 단위를 좀 더 정확하게 표현하면
이며 물질의
두께가 커질수록 열전도도는 작아지고 열전도가 일어나는 물질의 면적이 커질수록 열전도도가 커지는 것으로 설명할 수 있다.
1-43C
일반적으로 집에
쓰이는 벽과 유리를 생각해 볼 때, 유리가 벽보다 얇으며, 평균
열전도도도 유리가 벽보다 크다. 따라서 유리 창문이 있는 벽이 열 손실이 더 많다.
1-44C
두 채의 집이
모양과 크기가 같으므로 열전달이 일어나는 면적과 내외부의 온도는 서로 동일하다. 이 때 벽을 통한 열전달률은 다음과 같이 표현된다.
목재의 열전도도는 
이고, 벽돌의 열전도도는 
이다. 따라서 벽돌 집의 벽 두께가 두 배 두껍지만 열전도도가 목재에 비해 두 배 이상으로 높으므로 목재로 만들어진 집의 에너지 효율이 더 높다.
1-45C
위 문제와 벽 두께 조건만 제외하고 모두 같은 조건이다. 각각에 대해 열전달률을 계산해 보면 다음과 같다.
따라서 벽돌로 만들어진 벽에서 더 많은 열손실이 일어난다.
1-46C
기체의 열전도도는
절대 온도의 제곱근에 비례한다. 반면, 대표적인 예외인 물을
제외하고 대부분의 액체의 경우 온도가 증가하면 열전도도는 감소한다.
1-47C
초단열재는 유리섬유로
분리된 고 반사 박판층을 이용하여 얻어진 빈 공간을 포함하고 있다. 복사 열전달은 이 박판의 수에 반비례하므로
이 고 반사 박판을 이용한 초단열재는 복사 열손실이 매우 작을 것이다. 동시에 단열 층 사이의 기압은 0.000001보다 작으므로 공기 층에 의한 전도와 대류에 의한 열손실을 최소화 시킬 수 있다.
1-48C
일반적인 단열재는
단열용 물질의 혼합 섬유, 분말 또는 얇은 조각과 함께 공기가 함유되어 구성되어 있다. 이때 열전달은 단열용 물질을 통해서는 전도의 형태로 일어나고, 공기를
통해서는 전도와 대류를 통해서 그리고 그 공간으로 복사의 형태로 열전달이 일어난다. 따라서 이러한 시스템에서는
열전도 대신에 대류와 복사 효과 등을 반영하기 위해 겉보기 열전도도로써 나타낸다.
1-49C
두 가지 금속을
합금으로 만들었을 때, 대체로 두 금속 각각의 열전도도보다 작은 값의 열전도도를 갖는다.
열전달 1-56.xlsx
