재료의 열적 성질

같은 실온(약 20℃)에 충분히 오래 둔 금속판과 나무판을 손으로 만지면 금속 쪽이 더 차갑게 느껴진다. 주된 이유는 무엇인가?

  1. A금속은 나무보다 질량당 비열이 훨씬 커서, 손에서 많은 열을 빨아들여 축적하기 때문
  2. B금속은 열침투율 √(κρc)가 나무보다 훨씬 커서, 접촉면이 금속의 온도에 가까워지기 때문
  3. C실온에 두어도 금속은 표면에서 열이 빠져나가기 쉬워, 표면 온도가 나무의 표면보다 낮아져 있기 때문
정답과 해설 보기

정답: B. 금속은 열침투율 √(κρc)가 나무보다 훨씬 커서, 접촉면이 금속의 온도에 가까워지기 때문

온도가 다른 두 물체가 닿은 직후 접촉면의 온도는 각각의 열침투율 e = √(κρc)로 가중한 평균이 됩니다. 금속은 열전도율이 나무의 수백 배 이상이고 열침투율도 훨씬 크므로, 접촉면의 온도는 금속의 온도에 가까운 20℃ 부근까지 내려가고, 피부에서 열이 빠르게 빠져나가 차갑게 느껴집니다. 나무에서는 접촉면의 온도가 체온에 가까운 채로 유지됩니다. 질량당 비열은 마른 나무(약 1.7 J/(g·K))가 알루미늄(약 0.9 J/(g·K))보다 크므로, 비열로는 설명할 수 없습니다. 같은 실온에 충분히 두면 표면 온도는 둘 다 거의 실온이며 차이가 없습니다.

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