열확산도, Thermal Diffusivity

열역학적 상태량(Thermodynamic property)에는 밀도(Density), 비열(Specific heat) 등 다양한 상태량이 있습니다. 이러한 상태량들은 어떠한 계(System)의 평형 상태(Equilibrium state)를 만드는 것과 연관이 있습니다.

 

전달 상태량(Transport property)에는 확산 계수(Diffusion rate coefficient)가 포함되며 열전달(Heat transfer)에서의 열 전도율(Thermal conductivity)과 모멘텀 전달(Momentum trasfer)에서의 동적 점성도(Kinematic viscosity)가 있습니다.

 

 

열 확산도, Thermal diffusivity

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열전달에서의 열 확산도는 전달 상태량과 열역학적 상태량의 관련성을 정의하는 개념입니다. 정확하게는 열 에너지를 전도하는 능력인 열 전도율과 열을 저장하는 능력인 열 용량(Heat capacity)의 비로 표현할 수 있습니다. 문자기호는 일반적으로 α(알파)를 사용합니다.

 

k = 열 전도율(Thermal conductivity) [W/m*K]

ρ = 밀도(Density) [J/kg*K]

C_p = 정압 비열(Specific heat at constant pressure) [kg/m^3)

ρC_p = 용적 열용량(Volumetric heat capacity) [J/m^3*K]

 

 

즉, 열 확산도는 전달 상태량과 열역학적 상태량의 비라고 볼 수도 있습니다.

 

열 확산도의 단위는 [m^2/s]를 사용합니다. 열 확산도 α가 큰 재료는 주변 환경의 열역학적 변화에 빠르게 반응하고, α가 작은 재료는 느리게 반응합니다.

 

열 확산도가 크다는 것은 열 전도율이 크고, 용적 열용량이 작은 것이기 때문입니다. 열 전도율이 크면 열이 쉽게 전달되고, 용적 열용량이 작으면 적은 열에너지에도 쉽게 변화합니다.