[열전달] 전도 열전달(Conduction)

안녕하세요! 앞줄학생입니다 : )

열전달에는 전도 열전달, 대류 열전달, 복사 열전달이 있습니다.

가장 먼저 전도 열전달에 대해 알아봅시다.

전도(Condiction)는 무엇일까요?

정의로 말하자면 

'물체의 내부 에너지가 물체 내에서 또는 접촉해 있는 다른 물체로 이동하는 것'을 뜻합니다.

정의로 이해하기란 쉽진 않습니다.

예를 하나 들어보겠습니다.

구리봉 한 쪽 끝에 열을 가한다면 반대편까지 열이 전달되겠죠?

이 원래를 전도열전달이라고 이해하시면 됩니다.

그림을 통해 열전도율에 대해 알아보도록 해요. 

열을 바로 받는 부분은 색이 진합니다. 그리고 반대편 끝단은 색이 연하죠

이는 우리에게 물체의 두께가 두껍다면 전도되는 시간이 오래걸릴 것같다는 생각이듭니다.

이에 우리는 열전도율과 두께의 상관관계를 짐작할 수 있게 됩니다.

이어서 면적에 대해서도 생각을 해 볼 수 있습니다. 

이때 면적은 열이 닿는 부분이라고 생각하면 됩니다.

위 그림에서는 원이 면적입니다. 원기둥 면적이 아닌 원단면의 면적을 고려해야됩니다.

면적이 클수록 전달되는 열이 많아지겠죠? 

면적에 닿는 만큼 열이 물체에 전달된다고 생각하시면됩니다.

이에 우리는 열전도와 면적의 상관관계를 짐작할 수 있게 됩니다.

다음으로 열전도도라는 개념을 아셔야합니다.

열전도도(Thermal Conductivity, k)는 열전도 능력을 뜻합니다.

열전도도가 높다면 열전도가 잘 이뤄진다는 겁니다.

참고로 구리의 열전도도는 401W/m*K이고, 공기의 열전도도는 0.026W/m*K

우리가 겨울에 창문에 뽁뽁이를 붙이는 이유를 여기서 찾을 수 있습니다.

뽁뽁이는 안에 공기가 들어있기 때문에 단열이 잘되어 열전도가 잘 일어나지 않는 것입니다.

우리는 위의 설명을 토대로 열전도도에 의한 열전도율 공식을 유도할 수 있습니다.

두께가 두꺼우면 열전도가 오래 걸리고

면적이 크면 전도되는 열이 많아지고

열전도도가 높으면 열전도 능력이 높다는 것을 바탕으로 말이죠.

그렇다면 전도 열전도율의 공식은 다음과 같습니다.

이때 dT/dx는 온도구배로 

열이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동할 때의 온도 그래프의 기울기를 뜻합니다.

이때 온도 함수의 기울기는 음수이고 값을 양수로 만들어주기 위해서 -가 붙은 것입니다.

참고로 물체가 불투명한 고체라면 전도열전달만 가능하지만,

반투명 고체에서는 전도뿐 만 아니라 복사(Radiation)도 가능하기에

이 부분은 복합연전달을 다룰 때 자세히 설명하도록 하겠습니다.

어떤가요? 전도열전달에 대해서 아시겠나요?

궁금한 사항있으면 댓글로 남겨주세요!

고생하셨습니다 : )