1. 열 전달 (Heat Transfer)
ㅇ 온도 차이 및 열 복사에 의한 `열 에너지`의 `이동 현상`
2. 열 에너지의 전달/이동 형태의 구분 셋(3)
ㅇ 전도 (Conduction) ☞ 열전도 (Heat Conduction) 참조
- 입자 간 상호작용의 결과
. 입자 간의 연속적인 충돌 및 직접적인 접촉에 의해 에너지 전달이 이루어짐
. 고체,액체,기체 모두에서 일어남
- 例) 따뜻한 실내에서 음료수 캔 안의 내용물이 캔을 통한 전도에 의해 따뜻해짐
- 온도 차이에 의존적임 (매질 있음)
- (푸리에 열 전도 법칙) [# \dot{Q}_{cond} = k_tA\frac{ΔT}{Δx} #]
. {#\dot{Q}_{cond}=\frac{dQ}{dt}#} : 열 전도 유량 (전도에 의한 열전달률) [Watt]
. {#k_t#} : 열전도율 (열전도 능력) [Watt/(m·K)]
. {#A#} : 단면적 [㎡], {#\frac{ΔT}{Δx}#} : 온도 기울기 (열전도 구동력) [K/m]
ㅇ 대류 (Convection)
- 유체 자체의 움직임으로 인해 에너지 전달이 이루어짐
. 열 에너지가 유체 흐름과 함께 전달됨
.. 사실상, 열 전도와 유체 운동이 조합된 결과임
- 例) 겨울 의복은 바람(공기 흐름)을 막아주어 열 손실을 막아주기도 함
- 온도 차이에 의존적임 (매질 있음)
- (뉴턴의 냉각 법칙에 의함) [# \dot{Q}_{conv} = hA(T_s - T_f) #]
. {#\dot{Q}_{conv}=\frac{dQ}{dt}#} : 열 대류 유량 (대류에 의한 열전달률) [Watt]
. {#h#} : 대류 열전달 계수 (실험적으로 구한 열 대류 능력) [Watt/(㎡·K)]
. {#T_s#} : 표면 온도, {#T_f#} : 주변 온도 [K]
* [대류의 구분]
. 강제 대류 : 송풍기,펌프,바람 등 외부 수단에 의해, 유체가 관 내로 강제 유동하는 경우
. 자유 (자연) 대류 : 유체 내 온도 변동 및 밀도 차이로 발생한 부력으로 인한, 유체 운동
* [자연 대류 例]
. 대기 중 온도 차이에 의해, 공기의 상승 및 하강 움직임 (연직 방향의 이동)
.. 따뜻한 공기 상승과 그 자리를 채우기 위한 찬 공기의 하강
. 구름 형성과 강수의 원인이 됨 ☞ 기상학, 구름, 강수 등 참조
ㅇ 복사 (Radiation) ☞ 열복사 (Heat Radiation) 참조
- 전자기파의 방출 또는 흡수로써, 빛의 속도로 움직이며 파동성,입자성 모두를 갖음
. 물체가 전자기파(주로,적외선)를 통해 열을 방출하고 흡수하는 과정
- 例) 태양에서 지구로 전달되는 열 에너지는 열 복사의 대표적인 사례
- 온도 차이가 아닌 복사 원천의 량 및 질에 의존적임 (매질 없음)
- (스테판 볼츠만 법칙) [# \dot{Q}_{rad,max} = σAT^{4} #]
. {#\dot{Q}_{rad,max}=\frac{dQ}{dt}#} : 열 복사 유량 (복사에 의한 열전달률) [Watt]
.. 절대온도 T일 때, 표면으로부터 방사되는 최대 복사율 (복사선속)
. {#σ#} = 5.67 x 108 : 스테판-볼츠만 상수 [Watt/(㎡·K⁴)]
3. 열 전달의 측정
ㅇ 계의 열용량을 이용하여 측정
- 직접적으로 전달 열을 측정할 수 없고,
- 오직 온도 변화에 대해 측정하고,
- 이를 통해 열량을 계산