열전도

그림에서 보듯이 얼음물과 끓는물이 폭이 점점 가늘어지는 구리로 된 팔에 의해 연결된 두 개의 구리 컵에 각각 담겨 있다. 구리는 매우 좋은 전도체이므로 얼음은 녹고 끓는 물은 식는다. 다음 설명 중 옳은 것은?

 

 

 

 

 

(a) 컵 A 의 얼음이 빨리 녹는다.

(b) 컵 B 의 얼음이 빨리 녹는다.

(c) 같은 속도로 녹는다.

 

 

 

 

 

 

정답 : c

 

금속 막대의 뜨거운 쪽에서 찬 곳으로 이동하는 열은, 높은 압력 부분에서 낮은 압력 쪽으로 관을 따라 흐른는 물의 경우로 생각할 수 있다. 이런 흐름은 두꺼운 막대 또는 관일수록 빠르다.

 

 

 

 

두꺼운 막대는 작은 저항을 가진 저항이다.

 

 

 

가는 막대는 큰 저항을 가진 저항이다.

 

 

 

따라서 그림과 같이 두께가 가늘어지는 막대를 직렬 연결된 2개의 저항으로 생각할 수 있다.

 

 

뜨거운 컵에 연결된 쪽의 구리 막대가 B 에서보다 A 에서 더 굵기 때문에 A 의 얼음이 더 빨리 녹을 것이라고 생각할지도 모른다. 그러나 열전도를 보다 잘 이해할 수 있는 다른 방법은 열을 전선의 높은 전압으로부터 낮은 전압으로 흐르는 전기로 생각할 수 있다

 

직렬연결된 한 쌍의 저항은 총저항 값은 두 저항의 합이다. 더하는 순서는 문제가 되지 않으므로 열의 흐름에 있어서 총저항 또한 그 순서가 문제되지 않는다. 열은 가는 막대 쪽에서 굵은 쪽으로 흐르는 것만큼 굵은 쪽에서 얇은쪽으로 이동한다.