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과학

열전도

열전도과학
영문명
Thermal conduction
핵심 변수
열전도율과 온도 구배
대표 관계
푸리에의 법칙
주요 비교 대상
대류와 열복사
적용 물질
고체, 액체, 기체
열전도는 물질 내부나 접촉한 물체 사이에서 미시적인 상호작용으로 열이 전달되는 현상이다. 물질 전체가 흐르며 에너지를 운반하는 대류와 구별한다.

물질의 흐름이 없어도 전달된다

막대의 한 부분을 가열하면 입자와 전자의 상호작용을 통해 다른 부분으로 에너지가 전달될 수 있다. 막대 전체가 뜨거운 쪽에서 찬 쪽으로 이동할 필요는 없다.

금속에서는 전자가 열전달에 크게 기여하며, 다른 물질에서는 격자 진동 등 다른 기여가 중요하다. 모든 재료의 열전도 성질을 같은 미시적 과정 하나로 설명할 수는 없다.

기울기와 전달률

푸리에의 법칙은 열유속을 온도 구배 및 열전도율과 연결한다. 단순한 평판의 정상 상태에서는 두께가 얇고 면적이 넓을수록, 같은 온도 차에서 전도에 의한 전달률이 커진다.

이 비교는 다른 조건을 고정했을 때의 설명이다. 실제 재료의 열전도율은 온도와 방향에 따라 달라질 수 있으며, 복합 재료는 층의 배열도 중요하다.

맞닿은 면의 영향

두 물체를 붙여도 접촉면 전체가 미시적으로 완벽하게 맞닿는 것은 아니다. 작은 틈과 표면 상태는 열접촉 저항을 만들 수 있다.

열을 잘 전달하는 재료를 사용했다는 사실만으로 장치 전체의 전달 성능이 결정되지는 않는다. 접합부와 주변 유체까지 포함한 경로를 살펴야 한다.

전도율과 온도 변화 속도

열전도율이 높다는 것과 물체 전체의 온도가 언제나 빨리 바뀐다는 것은 같은 말이 아니다. 밀도와 비열, 크기 및 외부와의 열교환 조건도 영향을 준다.

기체도 전도에 참여한다. 단열재 속 공기는 전도를 완전히 없애기보다 낮은 전도율을 이용하고 큰 대류 흐름을 억제하는 역할을 할 수 있다.

관련 문서

열 / 온도 / 밀도 / 대류