열 전달

세 가지 유형이 있습니다. 열전달 atau 열전달여기에는 전도, 대류, 복사에 의한 열 전달이 포함됩니다.

전도에 의한 열 전달. 고온의 물체가 저온의 물체와 접촉하면 고온의 물체에서 저온의 물체로 에너지가 전달됩니다. 이 추가 에너지로 인해 물체를 구성하는 원자와 분자들이 더 빠르게 움직이게 됩니다. 분자들이 움직이면서 운동 에너지(EK = ½ mv²)를 갖게 됩니다.²더 빠르게 움직이는 분자(더 큰 운동 에너지를 가진 분자)는 옆에 있는 분자와 충돌합니다. 그러면 이 분자들은 또 다른 옆에 있는 분자와 충돌합니다. 이런 식으로 분자들이 서로 충돌하면서 에너지가 전달됩니다. 열 전달 물체를 구성하는 분자들 사이의 충돌을 통해 발생하는 현상을 전도라고 합니다. 전도는 일반적으로 고체 물체에서, 또는 고체에서 액체 물체로(액체에서 고체 물체로), 혹은 고체에서 기체 물체로(기체에서 고체 물체로) 발생합니다.

대류에 의한 열 전달. 대류는 일반적으로 액체(예: 물)와 기체(예: 공기)에서 발생합니다. 대류는 물체의 밀도 변화로 인해 물체가 움직이면서 열이 전달되는 현상입니다. 물체의 밀도는 부피가 변함에 따라 변합니다. 물체가 열을 흡수하면 부피가 변합니다.

복사에 의한 열 전달. 복사란 전자기파 형태로 열이 전달되는 현상입니다. 복사의 예로는 난로 근처에 있을 때 몸이 느끼는 따뜻함이나 태양에서 지구로 전달되는 복사가 있습니다. 태양은 약 6000켈빈으로 매우 높은 온도를 가지고 있고, 지구는 이보다 낮은 온도를 가지고 있습니다. 태양과 지구의 이러한 온도 차이로 인해 열은 높은 온도의 태양에서 낮은 온도의 지구로 이동합니다. 만약 태양에서 지구로의 복사 전달에 전도나 대류와 같은 매질이 필요했다면, 열은 진공을 통과해야 하므로 지구에 도달할 수 없었을 것입니다.

문제 예시

1. 2015/2016 SMA/MA 물리 국가고시 문제 19번

크기는 같지만 재질이 다른 두 금속 막대가 아래 그림과 같이 연결되어 있습니다. 금속 I의 열전도율이 금속 II의 열전도율의 4배일 때, 두 금속이 만나는 접합부의 온도는 얼마입니까?

45^oC

B. 40^oC

C. 35^oC

D. 30^oC

이. 25^oC

논의

알려진 바에 따르면:

금속의 열전도율 I = 4k

금속 II의 열전도율 = k

금속 모서리 온도 I = 50^oC

금속 모서리 온도 II = 0^oC

질문: 두 금속의 접합부 온도

답변 :

전도에 의한 열 전달 속도 공식:

설명: Q/t = 열전달률, k = 열전도율, A = 표면적, T₁-T₂ = 온도 변화, l = 막대의 길이

두 금속의 크기가 같으므로 A와 l은 방정식에서 제거됩니다.

정답은 B입니다.

2. 2015/2016 SMA/MA 물리 국가고시 문제 19번

다음 그림은 한쪽 끝이 연결된 서로 다른 종류의 금속 막대 A와 B를 보여줍니다.

두 막대의 단면적은 같지만, A의 길이는 B의 두 배이고, A의 열전도율은 B의 세 배입니다. A와 B의 자유단에 서로 다른 크기의 온도를 가했을 때, 접합부의 정확한 온도는 얼마일까요?

60^oC

B. 64^oC

C. 70^oC

D. 76^oC

이. 78^oC

논의

알려진 바에 따르면:

막대 A의 열전도율 = 3k

막대 B의 열전도율 = k

막대 A의 길이 = 2l

막대 B의 길이 = l

막대 끝부분 A의 온도 = 100^oC

막대 끝부분의 온도 B = 40^oC

질문: 두 막대가 만나는 지점의 온도

답변 :

전도에 의한 열 전달 속도 공식:

설명: Q/t = 열전달률, k = 열전도율, A = 표면적, T₁-T₂ = 온도 변화, l = 막대의 길이

두 막대의 단면적이 같으므로 방정식에서 A가 제거됩니다.

정답은 D입니다.

3. 2014/2015 SMA/MA 물리 국가고시 문제 14번

다음 내용을 주의 깊게 살펴보십시오.

(1) 금속 전도성

(2) 금속 끝단 사이의 온도 차이

(3) 금속의 길이

(4) 금속 질량

금속에서 열 전달 속도를 결정하는 요인은 다음과 같습니다…

A. (1), (2), 및 (3)

B. (1) 및 (4)

C. (2) 및 (4)

D. (3) 및 (4)

E. (4)만

논의

금속에서의 열 전달은 전도에 의한 열 전달입니다. 전도에 의한 열 전달 속도 공식:

설명: Q/t = 열전달률, k = 열전도율, A = 표면적, T₁-T₂ = 온도 변화, l = 막대의 길이

정답은 A입니다.