핸드폰이나 디지털카메라를 쓰다보면 점점 그 온도가 올라가 뜨거워지잖아요 그래서 왜 그런현상이 생기고 어떤작용이 일어날까를 생각해 봤습니다,,,,제가 아직 학부 1학년이고 그래서 물리2와 일반물리수준에서만 가정하고 생각했으므로 이해해 주시길,,,
디지털카메라를 예로들겠습니다
1)가정:디지털카메라 케이스에 틈이 없다(즉 밀폐되어있다)
다른열손실은 무시한다,,,즉 안에서 발생하는열은 밖으로 배출된다
2)디카가 작동하면서 생성되는열을 발생열이라한다
3)디카가 밖으로 배출하는열을 방출열이라한다-발생하는 열은 항상일정
4)열교환은 열평형상태에 이른 충분한 시간에서 생각한다
그럼 시작해보겠습니다.
*일단 디카내부에서 발생하는열을 Q라고 합시다,,,그럼 처음에 디카의 온도로는 그열을 밖으로 다 배출하지 못하기 때문에 온실효과와 같은 현상이 일어나 내부온도 T'가 상승하게 되고 그온도는 밖으로 Q만큼의 열을 방출할수 있는 온도까지 상승하게 된다(이부분은 지구과학의 지구의 복사평형에서 힌트를 얻었고 또한 물리2문제에서도 힌트를 얻었습니다,,만일 집안에 보일러가 있고 이를 가동시킬경우 집안의 온도변화 곡선이 상승하다가 어느정도 온도에서는 열평형이 되어서-보일러의 발생열과 집 밖으로 나가는 열이 같게되어-온도가 일정하게 유지된다)보일러 문제를 풀어보셨다면 당연히 열평형이 이루어지기위해 내부 온도가 조절된다는 사실을 아시겠죠^^
*암튼 내부의 온도상승으로 밖으로 방출하는 열이 안에서 발생하는 열 Q 와같아져야 하므로 케이스의 재질에 상관없이 밖으로 방출되는 열은 Q가된다 물론 열평형이 이루어질 충분한 시간후에요~~
그렇다면 카메라 케이스가 열을 잘 방출하던 안하던 밖으로 방출하는열은 Q가되어 (모든 열은 시간당 방출열입니다) 우리가 느끼는 뜨거운정도는 케이스와 상관없이 발생하는 열량에 따라 정해진다.
이는 열전도로도 설명할수있는데 시간당 전달되는열 Q 전도율 k 고온부의 온도 T' 저온부의 온도 T 두께 L 단면적 A라하면
Q=A*k(T'-T)/L
(여기서 시간 t가빠진이유는 시간당 전달되는 열이므로
왜냐면 우리가 느끼는 뜨거움은 시간당 얼마만큼의 열이 전달되는지에 따라서 달라지므로,,,,)
그렇다면 결론을 내리겠습니다 열평형이 이루어지면 케이스의 전도율이 높건 낮건간에 밖으로 방출하는 열은 결국 발생하는열 Q가되어서 모두 같다
이게 제 결론입니다,혹시 전도율이 높은게 당연히 더 뜨겁게 느껴진다고 생각하시는분은 아마도 열평형을 생각해보시면 아실껍니다 전도율이 큰 금속이 열을 더 잘 전달해 뜨겁게 느껴지는 경우는 밀폐된용기가아닌 고온부의 온도가 똑같을 경우고 이상황은 용기가 밀폐되어있으므로 고온부의 온도가 열평형을 이루기위해 전도율이 낮을경우 올라가서 결국 밖으로 전도되어 방출되는 열은 두 경우가 같아진다는것,,,,
제 생각은 이렇습니다 그래서 디카가 뜨겁게 느껴지는게 열 방출이 잘된다고 하는 경우는 옳지 않다고 봅니다 케이스가 열방출이 잘안되는 재질이라도 이는 동일온도에서의 얘기고 열방출이 안되는 케이스는 그만큼 안과 밖의 온도차가 커져서 결국 우리가 느끼는 뜨거움은 같다 라는것입니다. 그리고 내부의 온도는 물론 열방출이 잘 안되는 케이스가 높아서 부품에 더 안좋다고 생각합니다 그래서 열전도율이 낮은 재질의 케이스보다는 높은 메탈케이스가 좋다고 생각하고요
다만 제 생각은 케이스가 어떤것이든 밖으로 방출되는열은 결국 발생하는 열 Q와같아 진다는 것입니다..
제가 이렇게 글을쓴이유는 제 가정에 오류가 있으면 찾고싶어서 입니다 그리고 이글의 오류를 지적해주실때 꼭 열전도 말고 열 평형을 생각해 주시고 지적해주시면 감사하겠습니다,,, 단순히 고온부저온부로 나눠진게 아니고 밀폐된 용기이므로,,,,
글을 정리없이 써서 다소 혼란스럽지만 물리학도 분들의 생각을 묻고싶습니다,,,그리고 하나더 ~~여기서 열량 Q는 모두다 시간당 열량 뜨거움의 정도니까요^^그렇게 가정한것입니다,,,어떤분들이 전도현상을 모르냐고 하시길래 한말씀더드리면 일반물리수준에서의 전도정도는 알고 생각해본것이니 전도가 잘되는게 당연히 밖으로 많은열을 방출한다고 핀잔주지는 마시길-^^;; 여기서는 고온부의 온도 T'이고정이 아니고 발생하는열 Q가고정이니까 경우가 다른것이므로 꼭 리플전에 그 문제도 짚어주고 달아주세요 많은 리플 부탁드립니다