[물리실험]2차원 열전도 실험

소개글

일반물리학실험에서 2차원 열전도 실험 후 작성한 레포트입니다.

목차

1. 실험목적

2. 이론적 배경
1) 열전달
(1) 전도
(2) 대류
(3) 복사
2) 열전도 방정식 유도
(1) 라플라스를 이용한 식의 유도
(2) Energy Method

3. 실험 결과

4. 실험 고찰

본문내용

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.

<중 략>

3) 복사(radiation)
태양에서 방출되는 엄청난 양의 에너지는 어떻게 지구에 전달되는가? 태양과 지구사이는 어떠한 매질도 존재하지 않는다. 전도나 대류가 일어날 수가 없다. 따라서 이 경우에는 복사라는 특별한 방법을 이용해 열을 전달한다. 복사는 열전달을 위한 매개체가 필요 없으며, 진공을 통해서도 전달될 수 있다. 불 옆에 서 있으면 따뜻한 것은 바로 불이 방출하는 열복사에너지를 받기 때문이다. 방울뱀은 사냥을 할 때 열복사를 이용한다. 방울뱀 근처로 생물체가 지나가면, 생물체에서 복사되는 열에너지를 방울뱀이 감지하여 생물체를 사냥하기도 한다.
2차원 열전도 방정식을 유도하기 위해서는 라플라스 방정식을 이용하여 Fourier을 이용하여 해석해내는 방법이 있다. 그런데 이 Fourier을 이용하기 위해서는 형상에도 제약을 많이 받으며 경계조건에도 영향을 많이 받는다. 따라서 수치적으로 해석하는 방법을 이용하게 되는데, 이러한 방법 중 하나는 바로 절망조직을 이용한 방법이다.
왼쪽에 보이는 그림에서 점들을 절점, 또는 node라고 한다. 이러한 점들의 모임을 절망조직이라고 한다. 이런 절망조직을 통하여 수치적으로 해석해 낼 수 있다.

참고 자료

없음