[열 물리학 26] 고전 열 물리에서 현대 열 물리까지 (1) -Three mechanisms of Heat Transfer (열전달의 세가지 방법)

이제는 새로운 챕터에 들어오게 되었습니다. kittel 4장부터는 양자역학 개념으로 열 물리를 정립하려고 합니다.

하지만 어째서 고전 열물리에서 양자 열물리로 이어지게 되었는지 물리학의 흐름을 소개하고자 합니다.

 

 

먼저 초중고 과학시간에 한번쯤은 들어봤을 법한 열전달에 대한 방법을 소개하겠다.

 

Three mechanisms of Heat Transfer (열전달의 세가지 방법)

 

 

1.Thermal conduction 열 전도 : 분자들 사이의 운동에너지의 교환으로 인하여 금속 막대의 한끝이 뜨거운 열원인  $T_2$에 접촉하면 표면에서 금속분자와 전자들이 충돌해서 평형상태에서 진동을 하게 되어 이것이 다시 이웃하는 원자 또는 전자와 차례로 충돌하여 에너지 전달

길이 L 인 균일한 막대를 통한 열의 전도

 

 

 

실험적으로 시간$\Delta t$ 동안 $\Delta x $의 두께를 통하여 에너지 Q만큼 전달되면

 

열 전도율

이때 k를 열전도도 라고 한다.

 

 

 

 

 

 

 

2. convection (대류): 가열된 물질의 직접적인 이동에 의한 열전달 방법

 

-난로를 통해 난방: 가열된 공기는 위로 상대적으로 차가운 공기가 아래로 내려가서 열을 받는다.

 

-물은 섭씨 4도에서 비중이 가장 크다. 물이 겉 표면부터 어는 이유는 섭씨 4도인 물이 가라앉고 얼지 않는다, 떠오르는 물은 영하로 내려가면서 물이 표면부터 언다.

 

[표면이 얼어있는 호수이다.]

 

 

 

 

 

 

 

3. Thermal radiation (열 복사)

 

모든 물질은 전자기파의 형태로 에너지를 끊임없이 방출한다.

 

[온도만의 특징 & 물체의 표면 성질 ]

 

이때 에너지 방출률

 

(Stefan’ Law)

 

the constant of proportionality: $\sigma$

 

 

emissivity depends on the wavelength: $e$ $(0<e<1)$

 

surface area of emitter: A [$m^2$]

 

주위가 온도 $T_0$인 물체가 있다면

blackbody (e= 1) : 입사파의 에너지를 모두 흡수한다.

 

-blackbody radiation [cavity radiation] (흑체 복사):

radiation by an ideal radiator whose emitted radiation depens only on the tempereture of body

 

울퉁불퉁한 벽으로 둘러싸인 공간에 작은 구멍이 있으면 이상적인 radiator이다.