2교시 4번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분
열전달의 기본 형태 중 복사(Radiation) 열전달에 대하여 다음 사항을 설명하시오.
- 이상적 흑체(Black Body)의 개념 및 스테판-볼츠만 법칙(Stefan-Boltzmann Law)의 정의와 관계식
- 방사율(Emissivity) 및 형태계수(Shape Factor)의 개념
- 순(Net) 복사 열전달 계산식
답안 개요 보기
답안 구조
- 개요
- 이상적 흑체 및 스테판-볼츠만 법칙
- 방사율 및 형태계수
- 순 복사 열전달 계산
- 결론 및 고찰
용어 정의
- 흑체(Black Body)
- 모든 입사 복사 에너지를 완전히 흡수하고, 온도에 따라 가능한 최대의 복사 에너지를 방출하는 이상적인 물체.
- 스테판-볼츠만 법칙(Stefan-Boltzmann Law)
- 흑체가 단위 면적당 방출하는 총 복사 에너지(복사열 유량)는 절대 온도의 4제곱에 비례한다는 물리 법칙.
- 방사율(Emissivity)
- 실제 물체가 같은 온도에서 흑체가 방출하는 복사 에너지에 대해 얼마만큼의 복사 에너지를 방출하는지를 나타내는 비율. 0과 1 사이의 값.
- 형태계수(Shape Factor)
- 두 표면 사이의 기하학적 배열로 인해 한 표면에서 방출된 복사 에너지가 다른 표면에 도달하는 비율.
- 순 복사 열전달(Net Radiation Heat Transfer)
- 두 표면 또는 여러 표면 사이에서 복사 과정을 통해 이동하는 총 열량으로, 방출량과 흡수량의 차이를 의미.
핵심 내용
1)
- 흑체의 정의 및 특징
- 복사 에너지 흡수 및 방출 능력
- 스테판-볼츠만 법칙의 정의
- 흑체 복사열 유량과 절대온도 관계
공식:
2)
- 방사율의 정의 및 물리적 의미
- 실제 물체의 복사 능력 표현
- 형태계수의 정의 및 역할
- 표면 간 복사 교환량에 미치는 영향
- 형태계수의 상호 관계 및 합의 법칙
3)
- 순 복사 열전달의 개념
- 두 표면 사이 복사 열전달량 산정
- 방사율과 형태계수 고려
- 표면 온도 차이에 의한 영향
공식: ,
풀이 순서: 각 표면의 절대온도 T_1, T_2 확인 → 각 표면의 방사율 epsilon_1, epsilon_2 확인 (회체일 경우) → 형태계수 F_{12} 결정 (흑체일 경우) → 표면적 A 결정 → 스테판-볼츠만 상수 sigma 적용 → 순 복사 열전달량 Q_{12} 계산
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출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)