청소년을 위한 교양 물리학: 열전달

루미너리북스 교육출판 에디팅 팀 지음

루미너리북스 2025년 06월 12일 출간

작품소개

책소개

물리학의 열전달 분야는 우리 일상생활 곳곳에 숨어있지만 대학에서나 배우는 전문 지식으로 여겨져 왔습니다. 이 책은 중학생도 이해할 수 있도록 복잡한 수식과 이론을 쉬운 말과 구체적인 사례로 풀어낸 독특한 교양서입니다. 자동차 라디에이터가 뜨거운 엔진을 식히는 원리부터 겨울철 창문에 맺히는 성서림 현상까지, 23개 챕터를 통해 열과 온도의 기본 개념부터 첨단 열전달 기술까지 체계적으로 다룹니다. 대학 물리학과 수준의 깊이 있는 내용을 청소년의 눈높이에 맞춰 설명하면서도 학문적 엄밀성을 잃지 않았습니다.

열이 전달되는 세 가지 방식인 전도, 대류, 복사는 우리 주변에서 끊임없이 일어나는 현상입니다. 뜨거운 프라이팬에서 손잡이로 열이 전해지는 전도 현상, 끓는 물에서 일어나는 대류 현상, 태양에서 지구로 전해지는 복사 현상을 통해 독자들은 자연스럽게 물리학적 사고를 기를 수 있습니다. 책에서는 푸리에 법칙과 같은 기본 원리부터 시작해 열전도율, 경계층, 무차원수 등 전문적인 개념들을 일상 경험과 연결지어 설명합니다. 건물의 단열재가 어떻게 작동하는지, 왜 금속은 차갑게 느껴지는지, 온실효과는 어떤 물리적 원리에 기반하는지 등 궁금했던 현상들의 과학적 원리를 명확하게 이해할 수 있습니다.

이론적 설명에 그치지 않고 실제 산업 현장에서 활용되는 열교환기, 히트싱크, 냉각탑 등의 작동 원리를 상세히 다룹니다. 발전소에서 증기 터빈이 어떻게 작동하는지, 자동차 엔진이 어떻게 열을 관리하는지, 에어컨과 냉장고의 냉각 원리는 무엇인지 등 현대 문명을 떠받치는 기술들의 과학적 토대를 이해할 수 있습니다. 특히 상변화 현상인 비등과 응축, 융해와 응고 과정에서 나타나는 특별한 열전달 특성들을 통해 자연현상과 공학기술의 연결고리를 발견하게 됩니다. 복잡한 수치해석 방법과 실험 기법도 소개하여 현대 열전달 연구가 어떻게 이루어지는지 엿볼 수 있습니다.

마지막 장에서는 반도체 냉각 기술, 재생에너지 활용, 열전 소자를 이용한 에너지 하베스팅 등 미래 기술과 열전달의 관계를 조명합니다. 우주 탐사에서의 극한환경 열관리 기술, 지구온난화 해결을 위한 열에너지 저장 기술, 생체 모방 열전달 기술 등 21세기 인류가 직면한 도전과제들이 어떻게 열전달 물리학과 연결되는지 보여줍니다. 독자들은 이 책을 통해 단순히 물리학 지식을 습득하는 것을 넘어서 과학적 사고력을 기르고, 기술 발전의 원리를 이해하며, 미래 사회의 변화를 예측할 수 있는 안목을 갖게 될 것입니다. 어려운 물리학이 아니라 우리 삶과 밀접한 실용 과학임을 깨닫는 계기가 될 것입니다.

목차

1. 열과 온도의 기본 개념
2. 열전달의 세 가지 방식
3. 푸리에 법칙과 열전도
4. 열전도율과 재료 특성
5. 정상상태 열전도
6. 비정상상태 열전도
7. 핀과 확장면 열전달
8. 대류 열전달 기초
9. 강제 대류
10. 자연 대류
11. 대류 계수와 무차원수
12. 열복사 기초
13. 흑체복사와 기본 법칙
14. 표면간 복사 열전달
15. 복합 열전달
16. 열교환기 기초
17. 열교환기 설계와 효율
18. 비등과 응축
19. 상변화 열전달
20. 질량전달과 열전달
21. 수치해석 기초
22. 열전달 측정과 실험
23. 산업 응용과 미래 기술

작가정보

저자(글) 루미너리북스 교육출판 에디팅 팀

루미너리북스 교육 출판 에디팅 팀은 전문 교육 콘텐츠 기획자와 편집자들로 구성되어, 학생들의 눈높이에 맞춘 양질의 교육 도서를 제작하는 데 전념하고 있다. 각 분야별 전문가들과의 긴밀한 협업을 통해 정확하고 이해하기 쉬운 교육 콘텐츠를 개발하며, 특히 고등학생을 위한 대학 과목 선행학습 시리즈와 같은 혁신적인 교육 도서를 기획하고 있다.