2008-04-16
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박종석(totoru1109)
- 5
열용량은 어떤물체를 1도 올리는데 필요한 열량아닌가요?
당연히 금속이 폴리머보다 클거 같은데.. 흠..
이해가 가질 않습니다.
질문이 틀린건가요?
- heat capacity
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답변 5
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답변
안길홍님의 답변
2008-04-16- 0
열 전도라는 것을 생각하여 보시기 바랍니다. 꼭 같이 100도라는 열로 올라 갔는데, 열을 전도하는 것은 금속이 훨신더 빠릅니다. 이는 폴리머 보다 그만큼 빨리 열을 잃어 버린다는 것입니다. 열을 빨리 잃어 버리니깐 빨리 식는 것 아니겠습니까? 우리 속담에 “냄비 같다“ 라는 말이 있지 않습니까? 냄비는 금속으로 열을 가하면 빨리 뜨거워 지지만 그의 원인이 되는 열전도율에 의하여 빨리 식는다는 것입니다. 그러나 폴리머는 열전도율이 적기 때문에 천천히 온도가 올라가지만 식는 율도 낮다는 것입니다. 이를 열전도율이라고 합니다. -
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장용운님의 답변
2008-04-16- 0
>열용량은 어떤물체를 1도 올리는데 필요한 열량아닌가요? > >당연히 금속이 폴리머보다 클거 같은데.. 흠.. > >이해가 가질 않습니다. > >질문이 틀린건가요? 일반적으로 금속과 폴리머의 열용량만 생각한다면 그런 생각을 가질수 있습니다. 허지만 열전도도를 생갇하시면 쉽게 이해가 되실 것 입니다. 먼저 열용량은 물체의 온도가 얼마나 쉽게 변하는지를 나타내는 량으로서 같은 질량의 물체라도 열용량이 큰 물체는 온도가 잘 변하지 않는 반면 열용량이 작은 물체는 조금만 열을 가감해도 쉽게 온도 변화를 일으킵니다. 그 값은 질량에 비례하며, 단위질량의 열용량은 각 물질 고유의 값으로 나타내는데, 이것을 그 물질의 비열이라고 합니다. 그리고 열전도도은 물리학에서 어떤물질의 열전달을 나타내는 수치다. k로 나타내며 공기(0.025k)는 낮은 열전도율을 가지고 있고, 구리(401k)는 높은 열전도율을 가지고 있습니다. 비열이 큰 물질은 열전도도가 크지 않습니다. 서로다른 비열을가지는 같은 질량의 두가지 물체를 가정합니다. 한 물체는 같은 열을 주었는데 온도가 빨리 변하고 다른 물체는 빨리 변하지 않다고 합시다. 온도가 빨리 변하는 물체는 비열이 작은 것이고 온도가 서서히 변하는 물체는 비열이 커서 그렇습니다. 비열이 작은물질은 그 원자레벨에서 격자진동이 큰 물질입니다. 즉 격자진동이 빠르게 이루어지는 물질들이 열전달을 잘 하는 것입니다. 이와는 반대로 비열이 큰 물질은 격자진동이 크지 않은 물체가 됩니다. 대부분의 부도체는 격자진동에 의한 열전달 만 합니다. 격자진동외에 전도전자에 의한 열전달이 있습니다. 물질은 원자내부에 전자를가지고 있습니다. 금속은 원자배열내부를 자유로이 움직이는 자유전자가 있습니다. 이런 자유전자들은 전기장을 걸어주면 전류를 형성하기도하고, 열을 가하면 열을받아 그 운동이 커지고 금속의 원자배열내부를 격렬하게 돌아다니면서 이리저리 충돌하면서 결과적으로 열을 전달합니다. 금속은 격자진동과 전도전자라는 두가지 방법으로 열전달을 합니다. 따라서 다른 일반고체보다 큰 열전도도를 갖게 됩니다. 또 격자진동과 전도전자에 의한 연전달을 비교하면 전도전자에 의한 열전달이 훨씬 큽니다. 그래서 금속이 폴리머보다 열도도가 커서 열전달이 빠릅니다. -
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이응신님의 답변
2008-04-17- 0
앞에서 여러분들이 잘 말씀해주셨습니다. 더붙여 몇가지 말하다면.... 열용량의 정의는 일정한 온도를 올렸을 때 물체가 보유하는 열량(에너지)입니다. 식으로 쓴다면: Q = m c DT 이식을 해당 물체의 질량 m으로 나눈다면 그 물질의 고유 성질이 비열입니다. 따라서 비열은 c = Q/(m DT)입니다. 아마 급속히 온도가 올라가는 현상과 열을 보관하는 성질인 열용량을 혼동을 해서 구분을 잘 하지 못하는듯 합니다. 열용량은 질량을 일정하게 한다면 비열과 온도 증가의 곱과 상관있습니다. 비열이 낮으면 (금속과 같이) 같은 1 K의 온도를 증가시켜도 열용량이 낮습니다. 반면에 비열이 높은 고분자화합물은 1 K를 증가시키면 열용량이 높아집니다. 이것은 고분자화합물을 1 K 높이는데 열을 많이 가해야 한다는 말과 같습니다. 1 K 올리기 위해 열을 많이 가해야 하므로 당연히 열용량이 높은 것입니다. 물체가 열을 보관하는 방법으로 무엇이 있을까요? 외부에서 열(에너지)을 가하면 원자를 구성하는 핵의 진동과 전자들의 진동이 증가해서 열을 보관할 수 있습니다. 금속과 같은 경우는 자유전자가 있는 물질이 있으므로 이런 금속에 열을 가하면 자유전자가 쉽게 에너지를 받아 움직이므로 비열이 그렇게 높지 않습니다. 조금만 열을 가해도 쉽게 온도가 올라간다는 말과 같습니다. 따라서 열전도도가 좋다고 할 수 있습니다. 열전도도를 금속에서 전자가 좌우한다고 말할 수 없는 경우도 있습니다. 스테인레스와 같은 금속은 자유전자가 쉽게 산란이 되어 열전도도가 상대적으로 낮습니다. 다음으로는 핵진동이 열을 받아 증가하는데 원자의 크기와 상관있습니다. 기체가 금속보다 열용량이 높은 이유는 기체 분자 전체가 열을 받아 진동을 하거나 이동하기 때문입니다. 액체도 높은 편인데 물은 주위에 있는 물체 중에서 아주 높습니다. 첨가하는 표를 보고 원자구성과 물질의 삼상 중 어디에 속하는가를 보면 열용량이 어떤 원인으로 물체마다 다른지 짐작할 수 있을것입니다. 폴리머는 말 그대로 고분자화합물입니다. 자유전자가 거의 없고 거대분자들이 진동을 하면서 열을 보관하기 때문에 열용량이 금속보다는 많겠지요. 아래 사이트를 참고하십시오. http://nucl-a.inha.ac.kr/physics/phys1/main/class/13/c/ >열용량은 어떤물체를 1도 올리는데 필요한 열량아닌가요? > >당연히 금속이 폴리머보다 클거 같은데.. 흠.. > >이해가 가질 않습니다. > >질문이 틀린건가요? -
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안길홍님의 답변
2008-04-18- 0
위의 두분 모두 훌륭하게 답변을 하여 주셨습니다. 그러나 결론은 동일하게 나오나 전개 과정을 조금 달리하여 접근하여 보겠습니다. 에너지에는 기계적 에너지,전기 에너지,열 에너지,화학적 에너지 등이 있 습니다. 이러한 에너지간에는 변환 효율성의 차이는 있지만 상호 변환가능합니다. 열이 관계되는 문제에는 phonon과 열전자(thermion)가 항상 관계됩니다. 여기에서 열전도(thermal conductivity),열용량(heat capacity),열전자 (thermion=전자),열전자 방출(thermionic emission)간의 관계를 알아보도록 하겠습니다. 금속의 비저항은 약10E-8~10E-5Ωm, 절연체는 10E+10Ω이상이 되겠습니다. 그리고 기본적으로 에너지는 물질로 변환될 수 있고, 역으로 물질은 에너지로 변환되어 진다는 것과, 열이 있는 곳에는 전자기파의 방사가 일어 난다는 기본을 생각하여 주시기 바랍니다. 그러면 관계식에서 (1)운동에너지[E=mc*2]은 잘 알고 있을 겁니다. 또한(2)전기의 쥴열 [E=RI*2]도 잘 알고 있을 것입니다. 여기에서 물질을 가열하면 포논과 열전자가 관계되며,이를 위의 식에 대입하여 관계식을 전개하여 나가면 [에너지=(포논 + 열전자의 전달 및 진동을 제어하는 저항)x(포논 + 열전자의 이동 과 진동의 세기)*2]으로 식을 세울 수 있습니다. 금속에 있어서는0 ≒포논 성분<열전자 성분 되겠으며, 절연체 에서는 열전자 성분≒0 이라고 할 수 있습니다. 여기에서 열에 의한 포논 성분은 이동 및 진동에서 열전자 성분에 크게 미치지 못한다는 점입니다.즉,수치가 적습니다. 그러면 위의 식에서 시간함수△t에서 금속은 빨리 온도가 올라가고,또한 빨리 식으나, 절연체인 고분자는 천천히 온도가 올라가지만 포논의 열전 달 속도가 늦기 때문에 내부에 열을 보관하고 방출하는 열은 적다는 것입니다.이는 비저항(=열전도도)과 비례합니다. 그래서 금속에서는 내부 저장온도가 절연체인 고분자 보다 적다고 할 수 있겠습니다. 위의 두 분과의 결론은 같이 나오게 됩니다. (구체적인 관계식 및 전개식 등은 고체물리학책이 있으면 보아 주시기 바랍니다) -
답변
이용로님의 답변
2008-04-22- 0
전 학부생인데 갑자기 열용량에 관한 오해에 부딪혀 아는 형님의 아이디를 이용하여 이렇게 질문을 했었습니다.^^;; 모든 답변이 저에겐 많은 도움이 되었습니다. 감사합니다.