열의 이동

전도

(1) 전도 : 물질을 구성하는 분자들의 직접적인 이동 없이 물질 내에서 인접한 분자 사이의 충돌에 의해 온도

가 높은 곳에서 낮은 곳으로 열이 전달되는 현상

(2) 전도 과정 : 고온의 물체와 저온의 물체가 접촉하고 있으며 그 경계면에서 양쪽의 분자들이 충돌하게 된

다. 분자 사이의 충돌 과정에서 에너지가 큰 쪽의 분자는 운동 에너지의 일부를 잃고 에너지

가 작은 쪽의 분자는 에너지를 얻는다. 이렇게 다른 분자와 충돌하는 과정에서 운동 에너지의

일부가 옆의 분자들에게 옮겨짐으로써 고온의 물체는 온도가 낮아지고 저온의 물체는 온도가

높아진다.

(3) 전도 현상의 예

① 추운 지역에서 이중창, 삼중창을 사용하여 열손실을 감소시킨다. 창 사이의 공기는 열전도율이 낮아 좋은 절연체 역할을 한다.

② 집을 지을 때 벽 사이에 열전도율이 작은 스티로폼을 넣는다.

③ 금속 주전자의 손잡이는 뜨겁게 하지 않기 위해서 주로 나무나 플라스틱 등 부도체로 만든다.

④ 열을 잘 전달하지 않는 얼음과 눈으로 만든 이글루 속에서 추위를 견딜수 있다.

(4) 열전도율 : 길이가 L이고 단면적이 A인 막대 양쪽 끝의 온도가 각각 T_H,T_c(T_H >T_c)일 때 t초 동안 전도되

는 열량 Q는 온도차와 단면적에 비례하고 길이에 반비례한다.

Q = kA(T_H - T_C)/L*t

여기서 k는 열전도율이라고 하며, 이 값은 물질의 종류에 따라 정해지고 단위는 J/m·s·K이다.

k 값이 클수록 열전도가 잘되는 좋은 열전도체이다.

(5) 열의 양도체와 부도체

① 양도체 : 구리, 알루미늄과 같은 금속처럼 열전도율이 큰 물질을 열의 양도체 또는 도체라고 한다.

② 부도체 : 물, 공기, 나무, 고무, 플라스틱과 같이 열전도율이 작은 물질을 열의 부도체라고 한다.

대류

(1) 대류 : 공기나 물과 같은 유체의 분자들이 밀도차에 의해 순환하면서 열을 이동시키는 현상

(2) 대류 과정 : 공기나 물과 같은 유체의 아랫부분을 가열하면 열을 받은 부분은 분자 활동이 활발하여 밀도

가 작아지므로 위로 올라간다. 반대로 열을 받지 못한 부분은 밀도가 커지므로 아래로 내려오

고 데워지면 다시 위로 올라간다.

(3) 자연 대류와 강제 대류

① 자연 대류 : 온도 차이에 따라 발생한 밀도차에 의해 분자들이 이동하여 열을 이동시키는 것을 자연 대류

라고 한다.

ex) 해류와 대기의 순환

② 강제 대류 : 선풍기, 펌프 등 인공의 동력 장치를 사용하여 분자들을 강제로 밀어내어 열을 이동시키는 것

을 강제 대류라고 한다.

(4) 대류 현상의 예

① 찬 공기는 밀도가 커서 아래로 내려오기 때문에 냉방기는 위쪽에 설치하고 더운 공기는 밀도가 작아서 위로 올라가기 때문에 난방기는 아래쪽에 설치한다.

② 보온병의 이중 유리벽 사이는 진공으로 되어 있는데 이는 대류에 의한 열의 전달을 막는다.

③ 해안가에서는 낮에는 바다에서 육지로 해풍이 불고, 밤에는 육지에서 바다로 육풍이 분다.

④ 대륙과 해양 사이에서 여름에는 해양에서 대륙으로, 겨울에는 대륙에서 해양으로 계절풍이 분다. 우리 나라에서 여름에는 남동 계절풍이 불고 겨울에는 북서 계절풍이 분다.

복사

(1) 복사 : 열이 중간 매질을 거치지 않고 직접 공간을 통해 전자기파의 형태로 전달되는 것을 복사 또는 열복

사라고 하고, 이 때의 에너지를 복사 에너지라고 한다. 물체가 방출하는 복사 에너지의 양과 흡수

하는 복사 에너지의 양이 같을 때 물체의 온도는 일정하게 유지되며, 이를 복사 평형이라고 한다.

(2) 복사 현상의 예

① 여름에는 복사열을 막기 위해서 양산을 쓴다.

② 여름에는 복사열을 반사하기 위하여 흰색 계통의 옷을 입고 겨울에는 복사열을 잘 흡수하도록 검은색 계통의 옷을 입는다.

③ 태양으로부터 열이 거의 진공 상태인 우주 공간을 거쳐 전자기파의 형태로 직접 지구에 에너지를 전달한다.

(3) 슈태판-볼츠만의 법칙 : 입사하는 복사 에너지를 모두 흡수하는 이상적인 물체를 흑체라고 한다. 흑체의

경우 단위 표면적에서 단위 시간당 방출하는 복사 에너지 E는 흑체 표면의 절대

온도 T의 4제곱에 비례한다.

여기서 비례 상수 σ를 슈테판-볼츠만의 상수라고 한다.

(4) 빈의 변위 법칙 : 복사체의 절대 온도는 최대 에너지를 내는 복사파의 파장과 비례한다. 즉, 본사체의 표

면 온도가 높을수록 짧은 파장의 빛을 방출한다.

λ_m·T=b

여기서 λ_m 는 복사체에서 방출하는 여러 복사선 중 에너지가 가장 큰 열복사선의

파장 이다.

 

<출처:네이버오픈백과>