공학 과학기술 계산/물리 과학52 열전도율 (열전도도, Thermal conductivity) 과 열 컨덕턴스 (Thermal conductance) 차이 열전도율 (Thermal conductivity) 은 열을 전도하는 재료의 능력을 나타내는 재료 특성이다. 물질 전체에 온도차가 존재할 때, 단위 시간 동안 물질의 단위 면적에 흐르는 열량으로 표현되며, SI 단위는 미터당 와트-켈빈 (W/m-K) 이다. 반면에 열 컨덕턴스 (Thermal conductance) 은 특정 재료의 물체가 열을 전도하는 능력을 측정한 것입니다. 이는 재료의 Thermal conductivity 에 재료의 단면적을 곱하고 재료의 두께로 나눈 값이다. 즉, 열 컨덕턴스는 재료의 고유한 열 전도 능력 외에도 물체의 크기와 모양에 따라 변하는 값이다. Thermal conductance 는 켈빈 당 와트 (W/K) 단위로 측정한다. 쇠막대와 같은 재료의 열 컨덕턴스 (C) 는 다음.. 2024. 5. 3. 부력 (buoyant force) 계산 부력 (buoyant force)은 유체가 물체에 가하는 상대적인 힘이다. 중력이 존재하는 모든 액체와 기체는 그 안에 놓인 물체에 위쪽으로 향하는 힘을 가한다. 유체는 물체에 이 힘 (부력)을 가하여 물체를 뜨게 하며, 이 힘의 크기는 대체된 액체의 무게와 정확하게 같다. 부력이 물체의 무게보다 작은 경우 물체의 무게가 부력을 이겨 가라앉게 된다. 부력은 수영하는 사람, 배, 빙산 등이 물에 떠 있는 것을 가능하게 하며, 열기구나 풍선이 공기중에 떠 있게도 한다. 아래 식을 통해 부력을 구할 수 있다. (식 1) 부력, Fb (N) = ρ * g * V = ρ * g * h * A ρ : 유체의 밀도 (kg/m3) V : 물체가 잠긴 부분의 부피 (m3) g : 중력가속도, 9.80665 (m/s2) .. 2024. 4. 8. 포화 습도 비율 (Maximum saturation humidity ratio of air) 과 포화 압력 (Saturation Pressure) 계산 포화 습도 비율 (Xs)은 해당 온도와 압력 조건에서, 포화된 습한 공기의 비율이다.이 때, 해당 온도에서 수증기의 포화 압력 일 때, 공기중 최대 포화 습도 비율에 달성한다. (식 1) Xs = 0.62198 Pws / (Pa - Pws) Xs : 공기의 최대 포화 습도 비율 (kg/kg)Pws : 주어진 온도에서 수증기의 포화 압력 (Pa) 위의 계산은 이 문서를 참조하기 바란다. 수증기의 포화 압력은 공기 증기 혼합물의 온도에 따라 달라지며 다음과 같이 표현된다. (식 2) Pws = e^(77.345 + 0.0057 T - 7235/T - 8.2 ln T) Pws : 수증기 포화압력 (Pa)T : 습한 공기의 건구 온도 (K) 온도, T (℃) : 지우기 .. 2024. 4. 5. 공기중 습도 비율 (Humidity ratio of Air) 계산 습도 비율은 공기 중의 건조한 공기의 질량에 대한 습한 공기의 수증기 질량의 비율로 정의한다. 습도 비율은 1) 건조하고 습한 공기의 질량이나, 2) 건조하고 습한 공기의 분압을 아래 식에 입력하여 계산할 수 있다. 1) 질량별 습도 비율 (식 1) X = Mw / Ma X = 습도 비율 (kg, water/kg, dry_air) Mw : 수증기의 질량 (kg) Ma : 건조 공기의 질량(kg) 예시. 증기 질량 = 100 kg, 건조 공기 질량 = 100 kg 라면, 습도 비율 = 1 kg/kg 이다. 2) 증기분압에 따른 습도 비율 (식 2) X = 0.62198 Pw / (Pa - Pw) Pw : 습한 공기 중 수증기의 부분압 (Pa) Pa : 습한 공기의 대기압 (Pa) 예시. 증기분압 (Pw) .. 2024. 4. 5. 물 표면의 증발 속도 (Evaporation Rate of Water) 계산 및 물의 증발열 수영장, 연못 등의 수면에서 물의 증발 속도는 온도, 습도, 공기 흐름 및 공기에 노출되는 액체의 표면적에 의해 영향을 받는다. 증발된 물의 양은 다음과 같이 표현할 수 있다. (식 1) gh = Θ * A * (Xs - X) gh : 시간당 증발된 물의 양 (kg/h) Θ : 증발 계수 (kg/m2-h), Θ = ( 25 + 19 v ) v : 수면 위의 공기 속도 (m/s) A : 공기-물 표면의 면적 (m2) Xs : 수면과 동일한 온도에서 포화 공기의 최대 습도 비율 (kg/kg : 건조 공기 중에 H2O 량) X : 공기 습도 비율 (kg/kg : 건조 공기 중에 H2O 량) 수온이 20 ℃ 인 30 m x 15 m 수영장의 물 증발량을 구해보자. 수면 위 공기의 최대 포화 습도 비율 0.014.. 2024. 4. 4. 일 (Work) 로부터 가속도 (Acceleration) 계산 일, 힘, 거리, 가속도 사이의 관계는 뉴턴의 운동 제2법칙에 기초한다. 뉴턴의 제2법칙에 따르면 일정한 힘 (F)이 가해질 때 물체의 가속도 (a)는 물체의 질량 (m)에 반비례한다. 질량이 클수록 동일한 일 (W)에 대한 가속도가 작아진다. 아래 식과 같이, 일 (W)은 물체에 가해진 힘에 그 힘으로 인해 물체가 이동한 거리 (d)를 곱한 값이다. (식 1) W = F * d = ma * d 총 일 (Total Work)로부터 가속도를 결정하기 위해, 위의 식은 다음과 같이 다시 쓸 수 있다. (식 2) a = W/d ÷ m a : 가속도 (m/s²) W : 총 일 (N·m) d : 거리 (m) m : 질량 (kg) HTML 삽입 미리보기할 수 없는 소스 예를 들어, 물체를 5 m 거리로 이동시키기 .. 2024. 4. 2. 펄스 레이저 Energy Density 계산 펄스 레이저에서 레이저 에너지 밀도 (Energy Density) 또는 레이저 플루언스 (Fluence)는 단위(또는 유효) 면적당 전달되는 에너지를 나타낸다. 또한, 일반적으로 펄스 레이저는 짧은 주기로 반복적으로 출력을 발생하므로 평균 파워 (Average Power)를 사용하기도 한다. (식 1) Energy Density (J/cm2) = Energy Per Pulse (J) / Beam Area (cm2) (식 2) 평균 파워 (W) = Energy Per Pulse (J) * Repetition Rate (Hz) 식 1과 2로부터, 에너지 밀도는, 아래와 같이 변경할 수 있다. (식 3) Energy Density (J/cm2) = 평균 파워 (W) / [Repetition Rate (Hz) .. 2024. 4. 1. 표피 효과, 표면침투 깊이 (표피 깊이, Skin Depth) 계산 표피 효과는 도체 표면에 교류 전류가 불균일하게 분포되는 현상이다. 이 효과는 주파수에 따라 증가한다. 이 때, 무선 주파수와 같은 고주파수에서는 실제로 전체 전류는 주로 도체의 외부 표면과 표면침투 깊이 (표피 깊이) 사이의 "외피"에서 흐르며, 전류 밀도가 도체 표면 근처에서 가장 크고 도체의 깊이가 깊어질수록 기하급수적으로 감소한다. 일반적으로 표피 깊이는 전류 밀도가 표면 근처 해당 값의 1/e(= 0.3678, 약 36.8 %)로 감소하는 도체 표면의 깊이로 정의한다. (e : Napier’s constant) 아래 식으로 표피 깊이를 계산하려면 AC 신호의 주파수, 전도성 물질의 저항률 및 상대 투자율을 입력하면 된다. (식 1) δ = SQRT ( 2ρ / ω μ ) = SQRT ( 2ρ /.. 2024. 4. 1. 두 물체 사이의 열평형 (Thermal Equilibrium) 계산 접촉하고 있는 두 물체 사이에 온도차가 있으면 열전달이 발생하며, 열은 고온에서 저온으로 흐른다. 두 물체의 온도가 같아지면 더 이상 열전달이 일어나지 않는 열평형 상태가 된다. 열 전달 속도는 여러 요소에 영향을 받지만 가장 중요한 요소는 열용량이다. 물체의 질량, 열용량 또는 온도 차이를 변화시키면서 아래 식과 같이 공급하는 열을 늘리거나 줄일 수 있다. (식 1) Q = mcΔT Q : 공급하거나 흡수하는 열 (J) m : 물체의 질량 (kg) c : 열용량 (J/kg·K) ΔT : 초기 온도와 최종 온도의 차이 (K) 서로 다른 온도와 비열을 갖는 두 물체를 접촉시켜 열이 흐르게 하면 두 온도 사이 어딘가의 평형온도에 도달하게 된다. 상변화가 없는 상황에서 열 손실이 없다고 가정하면 한 물체가 .. 2024. 3. 28. 흡음 계수 (Sound absorption coefficient) 계산 흡음 계수 (Sound absorption coefficient) 는 실제 물질에 흡수된 소리의 세기와 입사된 소리의 세기의 비율이며, 모든 물질의 흡음 특성을 나타내는 수치값이다. 흡음 계수는 α 로 표시하며, 그 값의 범위는 0에서 1까지 이며, 0은 흡수가 없으며 1은 완벽한 흡수체이다. 흡음 계수는 주파수에 따라 달라진다. 즉, 서로 다른 재질이 서로 다른 주파수의 소리를 다양한 정도로 흡수한다는 의미이다. (식 1) α = Ia / Ii 여기서, α : 흡음 계수 Ia : 흡수된 소리 (Absorbed sound)의 강도 (W/m²) Ii : 입사음 (Incident sound)의 강도 (W/m²) 이다. 소리 강도는 일반적으로 W/m2 (제곱미터당 와트) 단위로 표시한다. 일반적인 재료에 대한.. 2024. 3. 23. 굴절률 (Refractive Index), 굴절각 (Angle of Refraction) 계산 굴절률 (n, Refractive Index)은 진공에서의 빛의 속도와 밀도가 더 높은 두 번째 매질에서의 빛의 속도의 비율로 계산한 값이다. n은 무차원수이다. 즉, 다른 매질의 굴절률은 진공의 굴절률 값 1을 기준으로 정의된다. 진공에서 빛의 속도는 항상 동일하지만, 빛이 다른 매질을 통과할 때 물질의 원자에 의해 지속적으로 흡수되고 재방출되므로 빛은 더 느리게 이동한다. 따라서 물의 굴절률이 1.33이라는 것은 빛이 물에서 보다 진공에서 1.33배 더 빠르게 이동한다는 것을 의미한다. 굴절률이 n1과 n2로 서로 다른 두 매질이 접하고 있을 때, 두 매질을 통과하는 빛의 경로는 매질 1에서 입사각 θ1과 매질 2에서 굴절각 θ2로 서로 다른 값을 가진다. 이를 스넬의 법칙 (Snell’s Law) .. 2024. 3. 19. 항력 (Drag Force) 계산 및 항력 계수 공기나 물과 같은 유체에 의한 저항을 항력 (Drag) 이라고 한다. 물체의 움직임과 반대 방향으로 작용하며, 고체 물체와 유체 사이의 상대 속도에 의해 생성된다. 항력은 공기의 밀도, 속도, 공기의 점도와 압축성 (compressibility), 물체의 크기와 모양, 흐름 방향에 대한 물체의 기울기에 따라 달라진다. 아래 항력 방정식은 유체를 통한 이동으로 인해 물체에 작용하는 항력을 계산하는 데 사용할 수 있다. (식 1) Fd = ½ * Cd * A * ρ * V2 여기서, Cd : 항력 계수 (구형 Cd = 0.47 , 긴 원통 Cd = 0.82) ρ : 유체의 밀도 (kg/m3) V : 물체의 속도 (m/s) A : 물체의 운동에 수직인 방향으로 물체에 투영된 단면적 (m2) Fd : 항력 (1.. 2024. 3. 12. 이전 1 2 3 4 5 다음
