전기차 모터 열전달에 대한 이해(2)

전도(conduction)

 

 전도는 원자 또는 분자의 활동과 관계가 있으며 물질을 이루고 있는 입자들 사이의 상호작용에 의해 활동성이 큰 입자들로부터 보다 활동성이 작은 입자로 에너지가 전달되는 것으로 볼 수 있습니다.

 

 아래 그림과 같이 좌우를 기준으로 기체가 움직임이 없이 조용히 있으면서 왼쪽의 온도가 오른쪽의 온도보다 높다고 가정해 봅니다. 그림에서 왼쪽에서 오른쪽으로 분자들이 랜덤 하게 지나가고 있어 거시적으로 보면 정지되어 보이는 유동입니다. 그러나 왼쪽에서 오른쪽으로 통과하는 분자들의 온도가 오른쪽에서 왼쪽으로 지나는 분자들보다 높기 때문에 오른쪽 방향으로 순수한 양의 에너지 전달이 일어납니다. 이렇듯 전도는 랜덤 분자 운동에 의한 순수 열전달, 에너지의 확산(diffusion)이라고 볼 수 있습니다. 

 

 

 온도에 따른 분자 운동

 어떤 지점의 온도라는 것은 그 지점주위의 기체 분자의 에너지를 말합니다.  이 에너지는 기체 분자의 랜덤한 병진 운동과 관련 있고 또한 분자의 회전 또는 진동운동과 관련이 있습니다. 또한 높은 온도는 보다 높은 분자운동 에너지를 의미하며, 주위의 분자와 충돌했을 때 활동성이 큰 분자로부터 활동성이 작은 분자로 에너지가 전달됩니다. 따라서 온도차가 존재하면 온도가 높은 쪽에서 온도가 낮은 쪽으로 에너지 전달이 이루어집니다. 아래 그림은 자동차 디스크 브레이크에서 발생하는 온도 분포에 대해 열전달 해석을 수행한 사례중에 하나 입니다. 온도 분포 결과를 통해 열전도를 관찰해 보면 디스크와 디스크 패드에서 발생한 높은 열은 디스크 패드 외곽으로 전달 되는 것을 볼 수 있습니다.

 

https://www.theseus-fe.com/ths_content/images/thematic/thermal/heat-transfer_conduction_brake-disc.png

 

액체와 고체에서의 전도

액체 내에서의 경우도 기체에서와 유사하지만, 액체 분자들은 보다 밀집되어 있고 상호 작용 보다 강하고 빈번하게 발생합니다. 고체 내에서 전도는 원자배열 격자의 파방(lattice wave)과 자유전자의 이동에 의해 에너지가 전달됩니다. 일반적으로 도체가 부도체 보다 열전도도가 높은 이유는 이 자유전자 때문입니다.