[물리학실험 레포트 보고서] 실험 예비 - 뉴턴의 냉각 법칙

실험 05. 뉴턴의 냉각 법칙
실험 목표
뜨거운 물의 냉각과정을 측정하기 위해서 Temperature Probe를 사용하라.
수집된 물의 운도 data를 이용하여 뉴튼의 냉각법칙을 시험하라.
뉴튼의 냉각법칙을 사용하여 임의의 시간에서의 물의 온도를 예상하라.
실험 기구
기본 설정: 컴퓨터, LabPro(인터페이스), LoggerPro(프로그램)
센 서: 온도 센서
기타 기구: 뜨거운 물, 35mm 필름통
실험 원리
뉴튼의 냉각법칙
q`= h (T_w - T_bulk )
q` : heat flux ()
h : heat transfer coefficient ( - K )
T_w : 가열벽면의 온도 (K)
T_bulk : 냉각재의 평균온도 (K) (T- bulk 값은 항상 평균값이다.)
열은 두 표면의 온도차에 의해 냉각되는데 이때 냉각재의 상태에 비례하여 그 냉각 속도가 결정된다. “이 냉각속도는 열전달계수에 비례하게 된다.” 라는 것이 뉴튼의 냉각법칙이다.
h 는 열전달계수이고 유체의 속도, 매질에 따라 결정되는 함수인데 이 값에 대한 일반적으로 구하는 식이 존재하지가 않는다. 따라서 실험적인 경험식으로부터 구하게 된…(생략)

1. Temperature Probe를 LabPro의 Channel 1에 연결한다.

2. [일반 물리 실험] 폴더에 있는 [05 뉴턴의 냉각법칙.cmbl] 파일을 열고 메뉴에서 Save as 선택해서 분반과 조가 표시되는 파일명으로 저장하시오. 화면에 두 개의 윈도우가 나 타날 것이며 하나는 그래프이고, 다른 하나는 데이터 표일 것이다. 그래프의 수평축은 시간 축을 나타내며, 0에서 20분의 시간 범위를 갖는다. 수직축은 온도를 나타내며. 그 범위는 0~60도이다. 데이터 표는 시간과 온도가 모두 포함되어 있을 것이다.

3. 실험실의 온도를 측정하라. 실험실의 온도를 측정하기 위해 센서를 태양 빛과 열원으로 부터 먼 곳에 두어라. 데이터 수집을 위해 Collect버튼을 눌러라. 온도가 거으 l일정한 값을 가질 때, Stop버튼을 눌러 수집을 멈추고 값을 데이터 표에 기록한다.

4. 온도 센서의 끝이 통속의 물에 잠기도록 넣어라. Probe의 끝이 통의 바닥에 닿지 않도록 주의한다.

5. 약 55도의 물을 약간 얻어라. 필요하다면 이 온도까지 물을 데워도 좋다.

6. 뜨거운 물을 통의 3/4 정도까지 조심스럽게 채워라.

7. 온도센서가 물의 온도에 도달 할 때까지 약 15초 정도 기다려라. Collect 버튼을 눌러 데이터 수집을 시작해라. 데이터는 20분 동안 수집될 것이다.