열전달 기본 용어 및 개념 (면접 준비)

열역학 법칙

열역학 0법칙: '열적 평형 상태'를 의미한다.

열역학 1법칙: '에너지 보존 법칙'을 의미한다. 에너지의 총량이 있다는 것을 의미한다.

열역학 2법칙: '엔트로피 증가 법칙'을 의미한다. 에너지는 무질서한 방향, 즉 엔트로피가 증가하는 방향으로 흐름이 있다.

열역학 3법칙: '절대 0도에서 계의 엔트로피는 0이 된다'

열전달

잠열 vs 헌열

잠열: 상변화 하는데 필요한 열량을 의미한다.

헌열: 상변화 없이 물질의 온도만을 변화시키는데 필요한 열량을 의미한다.

 

엔탈피, 엔트로피

엔탈피(h): 물질이 가지는 에너지의 양을 의미한다. 단위는 J이다.

엔트로피(s): 물질이 가지는 에너지의 무질서도를 의미하는 상태량이다. 단위는 J/K이다. 엔트로피는 항상 증가하는 방향을 가지고 있다.

기체의 상태 법칙

보일의 법칙: 온도가 일정할 때, 기체의 압력과 비체적은 반비례 관계를 가지고 있다. [P * V / T = const]

샤를의 법칙: 압력이 일정할 때, 기체의 온도와 비체적은 비례 관계를 가지고 있다. [P * V / T = const]

 

무차원수

누셀 수(Nu): 물체 표면에서 대류와 전도의 비율을 나타낸 수이다. [대류계수/전도계수=hL/k]

비오트 수(Bi): 물체 표면과 내부 사이의 온도 강하 정도를 알 수 있는 척도이다. [대류열전달/열전도=hL/k]

푸리에 수(Fo): 물체 내부의 열전도 속도를 나타낸 수이다. [열전도/열저장]

프란트 수(Fr): 유동경계층과 온도경계층의 확산비를 나타낸 수이다. [유동경계층의 비점성/온도경계층의 열확산계수]     기체의 경우 일정하지만, 액체의 경우 온도에 따라 변화한다. (ex. 물=약 10, 기체= 약 1, 금속액체<1, 오일>1)

레이놀즈 수(Re): 층류와 난류를 구분하는 무차원 수이다. [관성력/점성력] (2100이하는 층류, 4000이상은 난류이다.)

전도, 대류, 복사

전도: 물질이 직접 이동하지 않고 물체에서 이웃한 분자들의 연속적인 충돌에 의해 열이 전달되는 현상이다. 대표적인 예로 온돌이 있다.
퓨리에 열전도 법칙: Q(열전달률)=-K(열전도율)A(면적)dT/dx
* 전도에서 추가적으로 고려해야 하는 사안은 '접촉열저항'으로 두 파트 간의 접촉 상태에 따라 결정.

대류: 액체나 기체 상태의 분자가 직접 이동하면서 열을 전달하는 현상이다. 대표적인 예로 에어컨을 위쪽에, 난방기구를 아래쪽에 설치하는 것이다.
뉴턴의 냉각법칙: Q=h(대류열전달계수)A(T_s - T_∞)

복사: 매질 없이 열에너지가 전자기파 형태로 전달되는 현상이다. 대표적인 예로 복사를 이용한 온풍기가 있다.
스테판-볼츠만 법칙: Q=e(방사율)(슈테판볼츠만상수)A(T_s^4 - T_∞^4)