[공학,기술] 기계공학실험 - 2차원 열전도 실험

1. 실험목적

한 면이 가열되고 다른 3면이 등온 단열된 2차원 평면 전도체에서 각 그리드 점에서 실험적으로 온도를 측정하고 이 데이터와 그리드를 생성하여 계산한 결과를 비교하여 실험값과 해석결과가 어느 정도의 차이가 있는가를 비교하고 그 차이가 나는 원인을 분석해 봄으로써 열전도의 기본원리와 수치해석에 대한 능력을 배양함에 있다.

2. 이론적 배경

열 전 달
열이 영국의 물리학자 줄(joule)에 의해 에너지의 한 형태임이 입증 되었고, 원자가 발견됨에 따라 열은 물체를 구성하는 입자들이 갖고 있는 에너지라는 것을 확인하였다. 열을 전달하는 것 역시 입자들이 진동, 이동하면서 주변의 입자들에게 운동에너지를 전달하기 때문에 이루어진다. 열전달과 열은 다른 개념이다. 예를 들어, 같은 온도일지라도 우리는 금속을 나무보다 더 차갑게 느낀다. 왜냐하면 금속의 열전도율이 훨씬 높기 때문이다. 열전달의 방법에는 전도, 대류, 복사의 세 가지가 있다.

1) 전도(conduction)

철사의 한쪽 끝을 불로 달구면 다른 쪽 끝도 뜨거워진다. 에너지가 불에서 철사를 따라 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 전도되…(생략)

2) 대류(convection)

3) 복사(radiation)

(1) 라플라스를 이용한 식의 유도