[열전달] 열전달 종류(전도/대류/복사)

- Ground state

- 열전달, 전도/대류/복사​

 

Ground state

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움직이지 않는 상태,

모든 particle의 자유도가 없어. 절도온도 0K

Random K.E 없어.

But, 현실적으로 불가능하다 한다. 지금까진 절대온도 0을 구현치 못했다 한다.

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열전달, 전도/대류/복사

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전도(Conduction)

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고체/붙어있는 구조에서 원자/분자의 진동으로 인한 에너지 전달.

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비교적 원자/분가간 거리가 짧으면 유리하다. (Density가 높으면)

진동을 통해 에너지를 전달하는 고체에서는 Conductivity인 k가 높을수록 전도가 잘되고.

+ 경도(긁히지 않는 정도)가 높을수록 k가 높고, 전도가 잘된다.

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대류(Convection)

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유체가 흐르며 열을 옮긴다.

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: 유체역학적 특징! 어떻게 빨리 옮기냐가 관건.

h구하는 것이 관건.

But, h를 구한다는게, turbulant(난류) 속에서는 어려워서 근사치만!

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h:

유속이 높을수록. 우리는 뜨거운걸 시키기 위해 스푼으로 저으거나 후후 불며 유체의 흐름을 주기 위해 흔들어 준다. 즉, 유체의 흐름, 유속을 만들어 줌으로써 대류가 잘 일어나 뜨거운걸 시키는 것이다 :)

밀도가 높을수록. 공기보단 물이 열을 잘 뽑아 옮긴다. 그렇다보니 원전이나 차에서도 쿨링하는데 차가운 기체보단 액체를 사용한다.

viscosity(점성)가 낮을수록. viscosity가 낮으면 주변과의 부딪힘에서 난류흐름이 생기기 쉽다. 난류가 열을 빼주는데 좋은 이유가, 유체는 보통 흘러 지나가며 열을 뺏어가지만, 난류는 거기에 더해 위아래 움직임이 있어 효율을 높여준다. 다만, 흐름 자체에는 좋지 않기에, 꼭 이렇다고만 할 수 는 없겠다.

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전도와 대류의 효율성을 따진다면.

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상황에 따라 다르지만,

보통

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전도(오로지 물성에 의존, k값) << 대류(뜨거워진걸 강제로 옮겨_펌프,fen사용)

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가만히 있을 때, 열전도 값이 물은 0.5, 구리는 390정도로 반대로 전도가 높은 효율을 보인다고 말하지만,

물이 흐르기 시작하면, 30000까지 값이 뛴다.

반면, 구리는 전도 값 자체는 크지만, 끝까지 진동하여 전달하기까지 기다려야 한다.

하지만 물은 흘려보내면 그만이다.

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그래서 시스템을 구성하길, 얇고 넓은 구리판을 사용해 전도도를 올리고

(전도성 = 물성치에 비례, 단면적에 비례, 두께에 반비례)

대류에서 유체가 흐르며 닿는 단면적을 넓힌다.

(핀 구성, 우리 장이나 뇌가 꾸불꾸불한 구성을 지닌 것 처럼?!)

(대류 = 대류계수인 h와 지나며 닿는 단면적에 비례해서 효율 증가)

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복사(Radiation)

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식을 보면, 복사에너지 전달력은 온도변화의 무려 4승이 된다.

즉, 온도차가 조금만 나도, 엄청난 에너지가 흐르는 것인데.

우리가 눈으로도 그 흐름을 보지 못하는 복사 에너지가 클리가 없다.

온도 변수 앞의 시그마 변수가 Stefan-Boltzmann constant라는 것인데,

10의 -8승이 된다.

즉, 온도차가 100에서 1000도가 나기 시작하면서부터 변화가 눈에 보이는 것이다.

우리몸은 36도이고, 실온을 18~20도라 치면, 보일리가 절대 없다.

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다만, 벽의 온도가 10도정도 되면,

열을 잃는 주는 복사에너지가 되기도 한다.

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<참고>

후에 배우지만,

열을 전달하는 입장에서

Phase change(상변화)가 매우 유용하게 쓰인다.

그를 사용한 예가 선풍기이다.

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집적도의 중요성.

컴퓨터 사양에 영향!

전자이동 많게/빠르게 = Transister 작게(현재 한계치 도달)

에너지 많이, 전자이동 늘리려고 Transister 수를 늘린다.

(이 또한, log함수 그리며 한계치 도달, 공간차지 등의 이유로)