【열전달】 1강. 서론

1강. 서론

 

추천글 : 【열전달】 열전달 목차

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1. 열전달 vs 열역학 [본문]

2. 열의 이동 [본문]

3. 전류와의 유사성 : 대류, 전도 [본문]

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1. 열전달 vs 열역학 [목차]

⑴ 공통점 : 충분히 시간이 지나 거시적인 변화가 없는 상태를 다룬다.

⑵ 열전달(heat transfer)(A)

① 물리량 : 열전달율(heat transfer rate), 열전달계수(heat transfer coefficient), 시간에 따란 온도 변화, 온도 분포

② 열전달은 정상상태(steady state)를 다룸 (에너지 공급 있음)

③ 예 : Na+/K+ 펌프(단백질) - ATP로 이온 간 기울기를 형성하므로 정상상태

⑶ 열역학(thermodynamics)(B)

① 물리량 : 평형 온도, ΔH, ΔU, ΔS, 상전이

② 열역학은 평형상태(equilibrium state)를 다룬다. (에너지 공급 없음)

③ 예 : 혈액 내 탄산 버퍼 - 아래 반응은 외부 에너지를 공급받지 않고 수행된다.

 

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 1. steady-state와 평형상태의 구분^]

 

 

2. 열의 이동 [목차]

⑴ 종류 1. 전도 : 고체 격자와 같이 비교적 위치가 고정돼 있는 원자들의 상호작용에 의해 에너지가 이동하는 현상

① 푸리에 방정식에 의해 수식화됨

 

 

⑵ 종류 2. 대류 : 유체의 유동에 의해 에너지가 이동하는 현상

① 뉴턴 방정식에 의해 수식화됨

 

 Tw : 특정 질점의 온도, T∞ : 이미 열평형에 이른 유체의 온도

 

출처: Holman Heat Transfer

Table. 1. h의 예^]

 

⑶ 종류 3. 복사 : 전자기파에 의해서 에너지가 이동하는 현상

① 슈테판-볼츠반 법칙에 의해 수식화됨

 

 

σ : 슈테판-볼츠만 상수(Stefan-Boltzmann constant), 5.669 × 10^-8 W / m²·K⁴

 

 

3. 전류와의 유사성 : 전도, 대류 [목차]

⑴ 옴의 법칙

① 수식화

 

 

② 전류(electrical current)는 전위차(ΔV)에 의해 흐르며 저항(resistance)에 의해 방해를 받음

③ 열(heat)은 온도차(ΔT)에 의해 흐르며 열저항(thermal resistance)에 의해 방해를 받음

④ 열의 흐름은 플로지스톤이라는 가상의 입자의 흐름으로 가정할 수 있어(?) 옴의 법칙과 유사한 법칙이 성립

 

 

○ 전도의 경우 k의 값과 σ의 값은 서로 같음

○ 대류의 경우 l의 값은 대류층 내에 전도기작'만' 일어나는 전도층 표면의 공기층의 두께이다.

 

단, l*는 유체구간 내 전도층의 두께

 

⑵ 열저항의 직렬연결 : 세 개의 물질 a, b, c가 직렬연결로 연결돼 있다고 가정하자.

 

 

⑶ 열저항의 병렬연결 : 세 개의 물질 a, b, c가 병렬연결로 연결돼 있다고 가정하자.

 

 

⑷ 복사 현상의 응용 예제: Room의 온도가 Troom이며 내부에 Tw의 온도를 가지고 있는 물체가 들어있는 경우

① 단,  Treference = Troom ≅ Tw라고 가정한다.

 

 

입력: 2016.03.09 23:09