[기계공학실험] 열전도계수

소개글

[기계공학실험] 열전도계수에 대한 보고서 자료입니다.

목차

실 험 요 약

Ⅰ. 서 론
ⅰ. 실험목적
ⅱ. 실험이론

Ⅱ. 본 론
ⅰ. 실험장치
ⅱ. 실험방법
ⅲ. 실험 시 유의사항

Ⅲ. 결 론
ⅰ. 실험결과 및 정리
ⅱ. 결론 및 고찰
ⅲ. 참고문헌

본문내용

에 나타난 바와 같이 전체적으로 온도는 감소하는 것을 알 수 있다. 처음 시작온도인 는 127℃이고 Outlet 온도인 은 13℃로 총 10구간을 지나면서 온도는 114℃ 감소하였다. 이것은 지면 방향(=아래방향)으로 갈수록 냉각수의 상대적으로 낮은 온도에 의해 열을 빼앗겨 나타나는 것이라고 할 수 있겠다. 실험 이론에서 언급했던 것처럼 열의 확산 및 전도는 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하기 때문에 당연한 결과라고 생각한다. 각 구간별로 자세하게 측정온도와 온도변화를 살펴보면, 1-4구간과 7-10구간은 온도변화가 거의 일정하다. 앞의 언급한 구간은 평균적으로 4.667℃의 온도 변화를 보였으나 4-5구간과 6-7구간은 각각 33℃와 22℃의 온도변화를 나타내었다. 구간별로 심하게 온도변화 차이가 나타나는 원인을 분석해보면, 1-4구간과 7-10구간에 사용된 금속은 구리이고 4-5구간과 6-7구간에 사용된 금속은 Stainless steel 이었다. 금속은 종류마다 각기 고유의 특성을 가지고 있으며 이번 실험에서 가장 중요한 요인인 열전도율 또한 차이가 있었기 때문에 이러한 실험결과가 나타난 것이다. 온도 변화의 수치적인 요소로 보았을 때 구리보다 Stainless steel의 열전도율이 낮았기 때문에 온도 변화에 차이가 발생하게 되었다고 설명할 수 있다. 또한 실험에 사용한 금속의 두께 역시 이러한 온도 변화 차이의 원인이라고 할 수 있다.
실험을 통해 얻은 실험 데이터를 관력 공식에 대입하여 true thermal conductivity 을 계산한 결과 약 6.791 kcal/mhrdeg 가 나왔으나 아래 금속의 일반적인 true thermal conductivity 이론치와 상당한 차이를 보였다 <표-7 참조>. 일반적인 18-8 Stainless steel의 thermal conductivity 는 약 14 kcal/mhrdeg 로 우리조가 실험하여 계산한 데이터와 약 7.21 kcal/mhrdeg 의 차이가 났다.
< 표-7 금속의 열에 대한 특성 이론값 >
지금까지 열전달계수 실험에 대한 결과 데이터를 가지고 주어진 조건에 따라 다른 결과에 대한 분석과 비교를 해보고 원리를 이해하였다. 하지만 이론적인 데이터와 실제 실험을 한 후 얻은 결과 데이터는 상당한 차이를 보였는데 그 이유를 지금부터 생각해 보겠다.
첫 번째 오차 발생 원인으로 실험을 진행하는 주위 환경요소를 생각할 수 있다. 이번 열전도계수 실험의 가장 이상적인 실험 환경 중에 하나는 일정한 온도가 유지되는 공간에서의 실험이었다. 하지만 우리조가 실험을 실행한 장소의 천장에는 온풍기가 설치되어 있었고 실험기구에서 얼마 떨어지지 않은 곳에는 창문이 있었다. 그러므로 실험이 일어나는 공간은 일정한 온도로 유지되어야 했지만 실험실 온도를 아주 일정하게 유지하는 것은 불가능 하였다. 열에 관한 실험인 만큼 사람이 느낄 수 없을 정도의 온도차가 발생하였다 하더라도 민감한 센서에 의해 온도가 측정된다는 것을 생각한다면 외부의 온도변화는 실험 장치와 실험 장치에서 나온 결과 데이터에 영향을 주었을 것이다.
두 번째 오차 발생요인으로 시편의 접촉저항이 계산을 통해서 완전히 소거되지 않았을 수 있고 단열이 확실히 일어나지 않아서 정확한 실험값이 측정 되지 않았을 수도 있는 부분을 생각 할 수 있다. 시편의 길이와 온도센서의 부착 위치 등은 이미 설치되어져 있기 때문에 그 값이 일정할 것이라고 판단하였으므로 접촉저항과 시편의 종류가 다를 경우에 의한 데이터를 얻었을 것이라는 생각이다. 실험에서 우리조가 확인 가능한 부분을 식에서 찾아보면 시편부분의 온도차에 의한 값의 영향이 실험 중에서 가장 영향을 많이 받게 되는 부분인 것은 이러한 오차 발생 요소 원인을 뒷받침해 준다고 할 수 있겠다.
세 번째 오차 발생 원인으로 실험 장치를 구성하고 있는 냉각부분을 들을 수 있다. 오른쪽에 보이는 사진과 같이 냉각수가 유동되는 라인의 단면적이 균일하지 않은 것을 알 수 있다. 단면이 균일하지 않다는 것은 냉각수가 일정한 속도와 유동이 어렵다는 것을 의미하며, 실험에서 중요한 부분을 차지하고 있는 열 냉각 부분에서 이러한 문제가 발생되었다면 정확한 실험이 되지 않아 이상적인 실험결과 데이터를 얻을 수 없었다고 볼 수 있겠다. < 사진-2 실험장치의 냉각 라인 >
마지막으로 실험을 하는 과정에서 실험장치 내에 있는 온도센서의 감지 기능을 생각할 수 있다. 우리조가 실험을 하면서 각 구간의 온도를 측정하는데 3~4번 정도 예상한 온도보다 훨씬 낮거나 높은 온도가 측정이 되었다. 그래서 다시 전 구간으로 돌아갔다가 측정을 반복하였는데 이것은 센서에 감지 기능을 100% 신뢰할 수 없다는 것으로 생각한다. 물론 사람이나 아날로그 온도계보다는 정확하겠지만 고 신뢰도와 높은 정확도를 요하는 실험에서는 아쉬움이 남는 부분이었다.
비록 100% 정확한 실험을 했다고 할 수는 없었지만 이번 열전도계수 실험을 통하여 물체사이의 온도차에 의해서 일어나는 에너지 유동(= 전도) 대하여 많은 공부를 하게 되었고 그 과정에서 기계공학적인 전문적 지식을 습득하게 되었다. 또한 계측 공학과 메카트로닉스 학문과 수업에서 배운 Thermocouple 에 대하여 조사함으로써 실험 전에는 모르고 있었던 부분을 알게 된 좋은 계기가 되었고 기계공학도로서 기계공학이라는 전문적 지식에 한 걸음 더 전진하는 좋은 계기가 되었다. 다음에 동일한 실험을 다시 할 기회가 주어진다면 위에서 언급했던 여러 가지 오차 요인들을 최대한 줄여서 이론값에 맞는 정확한 실험을 하고 싶다.
ⅲ. 참고문헌
① 열전달, Frank Kreith 외 1명, 사이텍미디어, pp 49
② 열전달과 응용, KIRK D. HAGEN, 동명사, pp 79
③ 열전달, ADRIAN BEJAN, 청문사, pp 102
④ 열전달, 전철호 외 1명, 보성각, pp 54
⑤ 열전달, 임장순, 청문사, pp 66
⑥ 메카트로닉스, W.Bolton, 사이텍미디어, pp 51
⑦ http://www.woojininc.com, (주)우진
⑧ http://www.hkheater.co.kr, (주)한국히타

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기계,   기계공학실험,   열전도계수,   열전도,   계수,   열전도계수 측정