[열전도] 생활속의 열전도 현상

목차

■ 열전도란?
■ 열전도 메커니즘
■ 열전도를 작게 하여 이용하는 것들
■ 열전도를 크게하여 이용하는 것들

본문내용

■ 열전도란?
물질의 이동을 수반하지 않고 고온부에서 이것과 접하고 있는 저온부로 열이 전달되어 가는 현상을 열전도라 한다.
열전도에 의한 물체 내부에서의 열의 전달속도는 물질 내부에서의 온도구배(단위길이당의 온도차)에 비례하지만, 물질의 종류에 따라 큰 차이가 있다. 예를 들면, 구리나 철과 같은 전기의 양도체에서는 열도 매우 빠르게 전달되지만, 황이나 플라스틱과 같은 전기적으로 절연체인 물질에서는 늦게 전달된다. 또 액체나 기체는 고체에 비해 매우 늦다. 이것은 열전도의 메커니즘이 각각의 물질에 따라 다르기 때문으로, 이것을 수치로 나타내는 데는 두께 1 cm의 물질층의 양면에 1 ℃의 온도차를 두었을 때, 그 층의 1cm2의 넓이를 1초 사이에 통과하는 열량을 사용하며, 이것을 그 물질의 열전도도(Thermal conductivity)라고 한다.
일반적으로 그 값은 온도에 따라 다소 달라지는데, 물질의 종류에 따라 거의 정해진 값을 가지는 물질상수로 보아도 좋다. 또 금속의 열전도도와 전기전도도 사이에는 비례관계가 있으며, 동일 온도에서의 양쪽의 비는 금속의 종류에 관계없이 일정한 값을 가지고 있다는 사실이 1853년에 G.H.비데만과 R.프란츠에 의해 발견되어, 이것을 비데만-프란츠의 법칙이라고 한다.

■ 열전도 메커니즘
금속 내의 열전도는 자유전자가 열을 고온부에서 저온부로 운동에너지 형태로 운반하기 때문에 일어난다. 이 때문에 금속의 열전도도는 높고, 열전도도와 전기전도도 사이에 상관관계가 나타난다. 온도가 더욱 높아지면 열전도도가 어느 정도 낮아지는 것은 자유전자의 운동이 결정격자의 열진동에 의해 방해를 받기 때문인 것으로 알려져 있다. 한편 같은 자유전자를 가지지 않는 유전체 (절연체)의 경우, 열에 의해 그 일부에 발생한 원자 ·분자의 진동이 일종의 파동성을 가져서 그것이 표면에서 반사되어 정상파를 만들며, 정상파 전체의 에너지가 균일하게 내부에너지를 높이는 작용원리에 의해 열을 전달한다.
이 파동의 전달은 비교적 느리게 진행하므로 유전체의 열전도도가 금속에 비해서 낮다. 기체의 경우에는 고체 ·액체와는 완전히 다른 작용원리를 가지며, 서로 다른 온도를 가지는 2개 기체층 경계에서 분자가 교환(확산)되면서 서로 운동에너지를 교환함으로써 열이 전달된다. 이 확산과정이 느리기 때문에 기체의 열전도도는 다른 상태보다 매우 낮은 값을 갖는다.

참고 자료

없음