01. 열전달기구

학습 목표

•  열이 전달되는 원리를 설명할 수 있다.

•  열전달에 관한 법칙을 설명할 수 있다.

02. 전도, 대류, 복사에 의한 열전달

(1) 전도에 의한 열전달

•  고체에서 열이 전달되는 방법으로서 금속 고체벽을 통해 열이 전달
•   물질의 이동은 일어나지 않고 열에너지를 받은 물질 속의 분자, 자유 전자 등이 자신이 에너지를 전달해 줌으로서 열전달이 이루어짐
•   화학 장치 중의 열전달은 금속판이나 관을 통하여 이루어짐, 전도에 의한 열전달이 일어나는 노벽, 단열재, 냉방, 난방 등의 열이동은 매우 중요
•  
•  열전달의 추진력은 온도차, 온도차가 있을 경우에 열전달이 일어남

푸리에의 법칙(Fouier's law)

•  푸리에는 한 방향으로의 전도에 의한 열전달 속도는 열흐름에 수직한 면적과 그 방향의 온도 차이에 비례
• 열전달 속도

         

        여기서 A : 단면적(m2)

                        : 물체의 미소 구간

                        : 온도차

                        : 미소 시간

                      : 흐르는 열

                         : 열전달 속도

                         : 비례 상수(열전도도)

•  열전도도(thermal conductivity) : 물질에 따른 특성값, 표준단위는 W/m·℃  그림 01-02-01 물체 면의 온도 분포
•  푸리에의 법칙에 따른 열전달의 네 가지 요인 : 온도차, 열전도도, 면적, 두께
•  온도차

•  열전달 속도를 결정해 주는 근본적인 요인은 온도차
•  일반적으로 두 개의 물체 사이의 온도차가 클수록 열전달 속도는 커짐

•  면적
•  열이 통과할 수 있는 면적이 크면 클수록 전도에 의한 열전달 속도는 커짐

• 두께

•  열이 통과하는 길이
•  물질의 두께가 커지게 되면 열이 통과하는 길이가 길어지고 따라서 열이 전달되는 속도는 작아짐

•  열전도도

• 물질에 따라 다르고 같은 물질이라도 온도에 따라 변함
• 온도차, 열전도도, 면적 및 두께의 네 가지 요인과 열전달 속도와의 관계

•  (온도차)가 클수록 열전달 속도는 커짐
•  (열이 통과할 수 있는 면적)가 클수록 열전달 속도는 커짐
•  (열이 통과하는 길이)가 클수록 열전달 속도는 작아짐
• (열전도도)가 높을수록 전도에 의한 열전달 속도는 커짐

단층벽을 통한 열전도

•   열전달 속도  

                여기서 : 추진력

                         : 열저항

 

 

 

그림 01-02-01 단층 벽을 통한 열전도도

예제 Ⅲ-1)

추운 겨울에 두께가 3mm인 유리창 안쪽의 실내 공기가 25℃이고 바깥쪽의 공기가 5℃라면 이 때, 유리창을 통한 열손실량은 얼마인가?(단 유리의 열전도도는 0.72W/m·℃ 이다.)

풀이)

        , , , ,

        

예제 Ⅲ-2)

열전도도가 0.488인 균일 물질로서, 두께 20cm, 넓이가 10 m²인 가열 가마의 벽이 있다. 이 벽의 내면 온도가 300℃, 외면 온도가 50℃라 할 때, 이 벽면의 열저항과 열손실량을 구하여라?.

풀이 )

        에서

        

    따라서

    열저항

    열손실

여러 층을 통한 열전도

• 1층 :

• 2층 :

• 전체 벽에 대한 열전달 속도