열전도(Heat conduction) 란?

열전도(Heat conduction)

 

1. 열전도(Heat conduction) 정의

 

물질에 열을 가할 때, 물질의 이동을 수반하거나 복사에 의하지 않고, 그 열이 고온부에서 이것과 접하고 있는 저온부로 전달되는 현상이다.

 

즉, 열을 전도하기 위해서는 온도차이가 있어야 한다.

 

그리고 열전도가 잘되는 물질을 양도체, 그렇지 못한 물질은 절연체라고 한다.

 

* 전도(conduction) 란?

- 물질의 분자간 상호작용에 의해 열이 확산되는 현상

google image

 

 

2. 열전달(Heat Transfer)의 3가지 형태

 

1) 대류 (Convection)

 

열을 포함하고 있는 물질이 직접 이동하여 열 전달한다.

 

뜨거운 물체와 접촉하고 있는 유체 부분의 온도가 올라가면 유체의 부피가 팽창하여 밀도가 낮아진다.

 

따라서 팽창한 유체는 주변의 차가운 유체에 비해 가벼워져 위로 상승하여 열을 전달한다.

 

 

2) 복사 (Radiation)

 

*전자기파(thermal wave)에 의해 열을 전달한다.

 

복사는 열전달을 위한 *매개체가 필요 없으며, 진공을 통해서도 열전달 가능하다.

이미지 출저 : 단국대학교

 

 

* 빛은 기본적으로 전자기파이다.

시간에 따라 전자기파는 같은 지점에서 주파수에 따라 전위가 +에서 -로 바뀌고 이는 분자나 물질 자체가 전기적으로 진동하거나 내부 전자의 움직임에 영향을 준다.

 

* 대류, 전도의 경우 매개 물질을 통해 열진동의 형태로 에너지가 전달되나, 빛을 포함한 전자기 방사는 열의 전달과정에서 매개 물질을 필요하지 않는다.

 

 

3) 전도 (Conduction)

 

접촉 물질을 통해 열을 전달한다.

 

열을 받은 물질은 전자가 큰 진폭으로 진동하며, 그 에너지는 주변 원자들로 전달된다.

 

따라서, 두 물체 간 단위시간 당 전도되는 열량은 두 물체의 온도 차와 접촉된 단면적에 비례한다.

 

열전달 예시 1 (google image)

열전달 예시 2 (google image)

 

 

 

 

열전도율(Thermal conductivity)

 

열전도에서는 열전도율(Thermal conductivity, 열전도도)도 함께 따라나오는데, 열전도율에 대한 정의와 개념에 대해 알아보자.

 

열전도율(Thermal conductivity)이란 열을 전달하는 능력을 나타내는 물질의 고유한 물리적인 성질이며,

단위 시간당 단위 면적을 통해 전달되는 열의 양을 나타내는 값이다.

 

열전도율은 k / λ / κ 로 표현되며, 단위는 W/(m⋅K)로 표기할 수 있다.

 

두께가 1미터인 재료의 열전달 특성이라고 말할 수 있으며, 단위는 W/m·℃ 또는 Kcal/m·℃ 로도 표현할 수 있다.

(1 W/m·℃ = 0.86 Kcal/m·℃)

 

대부분 열량단위는 와트(W)로 통일되며, k은 ℃와 같다고 이해하면 된다. (W/mk = W/m℃)

 

어떠한 물질이 1 W/(m⋅K) 의 열전도율을 갖는다고 예를 들어보자.

 

이는 두께가 1 m(미터)이고 온도차이가 1 K(켈빈)일 때 초당 1 W(와트) 열을 전달할 수 있음을 의미한다.

 

높은 열전도율을 갖는 물질은 열을 효과적으로 전달하기에 방열제 사용되며, 낮은 열전도율을 갖는다면 열절연체로 쓰이게 된다.

 

Thermal conductivity