열전도도 실험

1. 실험 제목 : 열전도도

2. 실험 목적 : 고체의 열전도도 측정을 통하여 열전도 현상 및 열전도 방정식을 이해하고 고체 내에서 전도되는 열량의 측정방법을 익힌다.

3. 이론

쇠막대의 한쪽 끝을 뜨거운 곳에 놓으면 곧 다른 쪽 끝도 뜨거워지는 것을 알 수 있다. 이것은 뜨거운 곳에서 에너지를 얻어 활발해진 쇠막대의 분자들과 전자들이 온도가 낮은 쪽의 분자들이나 전자들과 충돌하여 자신의 운동에너지를 전달해 주기 때문이다. 이와 같이 분자들이나 전자들의 직접적인 이동 없이 이들의 충돌에 의해 열이 이동하는 현상을 열의 전도라고 한다.
온도가 인 고온부와 온도가 인 저온부를 금속 막대로 연결하였을 때, 이 물체를 통해서 전도되는 열량 는 금속 막대의 단면적 와 온도차 및 시간 에 비례하고 물체의 길이 에 반비례한다. 이것을 식으로 나타내면 다음과 같다.
여기서 비례 상수 는 물체의 열전도율이라고 한다. 금속과 같이 열전도율이 큰 경우에는 열의 양도체라고 하며, 나무나 플라스틱 막대와 같이 열전도율이 작은 경우를 열의 부도체라고 한다.
이 실험에서 측정하고자 하는 고체를 얇은 판 형태로 제작하여 한 쪽 면은 수증기에 접하게 함으로써 를 유지하고 다른 면은 얼음에 접하여 를 유지하면 로 만들 수 있으며, 이때 전도된 열량은 녹은 얼음의 양에 를 곱하여 계산 할 수 있다. 즉,
로 주어진다.

4. 실험 방법

① 얼음주형(mold)에 물을 채우고 얼린다.

② 시료의 두께 h를 측정하고 기록한다.

③ 장치도를 꾸미고 steam chamber위에 시료를 놓는다.

④ 얼음의 직경 을 측정하여 기록하고 얼음을 시료 위에 놓는다.

⑤ 얼음이 녹아서 시료와 완전히 접촉될 때까지 몇 분 동안 기다린다.

⑥ 녹은 얼음을 담을 용기의 질량을 측정한 후에 시간 동안 녹은 물을 모으고 전체 질량을 측정하여 기록하면 녹은 얼음의 질량 을 계산할 수 있다.

⑦ steam chamber에 증기를 발생시켜서 온도가 안정될 때까지 기다린 후에 용기를 비우고 ⑥의 과정을 되풀이하여 녹은 얼음 질량 , 걸린 시간 t를 기록한다.

⑧ 얼음의 직경 를 다시 한 번 측정한다.

⑨ , 로부터 평균값 를 계산하여 면적 A를 구한다.

⑩ 증기를 발생시키기 전후의 얼음의 녹는 비율 , 를 계산하여 를 구하면 로 계산할 수 있다.

5. 실험 결과

…

6.8

7.2

158.29

169.63