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1[9급 지방직 화학공학일반] 10년 1회차
A, B, C의 두께가 동일한 서로 다른 고체물질이 접합되어 복합체를 이루고 있다. 정상상태에서 T1으로부터 T4까지의 온도구배 그림이 아래와 같을 때 각 물질의 열전도도 특성에 대한 설명으로 옳은 것은?
문제 이미지
1
A, B, C 중 A의 열전도도가 가장 크다.
2
A, B, C 중 B의 열전도도가 가장 크다.
3
A, B, C 중 C의 열전도도가 가장 크다.
4
A, B, C의 열전도도가 모두 동일하다.
해설

온도 기울기가 가장 완만한 A의 열전도도가 가장 크다.

정상상태에서는 직렬로 접합된 각 층을 지나는 열유속이 모두 같다. 푸리에 법칙 q=−kdTdxq=-k\dfrac{dT}{dx} 에서 qq 가 일정하면 열전도도는 온도 기울기에 반비례한다.

그림에서 두께가 같은 세 층의 온도 강하는 T1−T2<T2−T3<T3−T4T_1-T_2 \lt T_2-T_3 \lt T_3-T_4 이므로 기울기는 A < B < C, 열전도도는 A > B > C 순이다.

  • B의 열전도도가 가장 크다는 설명: B는 A보다 기울기가 가파르므로 A보다 작다.
  • C의 열전도도가 가장 크다는 설명: C는 기울기가 가장 가팔라 열전도도가 가장 작다.
  • 세 물질의 열전도도가 모두 같다는 설명: 그렇다면 기울기가 모두 같아야 하지만 층마다 기울기가 다르다.

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