가스의 임계점 측정 실험

소개글

가스의 임계점 측정 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 서론
1.1 정의
1.2 실험 목표 및 방법

2. 이론
2.1 임계점
2.2 이상기체의 상태방정식
2.3 실제기체의 상태방정식
2.4 임계점에서의 반데르발스 상수의 결정

3. 실험
3.1 실험장치
3.2 실험절차

4. 결과
4.1 가스의 임계점 측정 결과
4.2 P-V 등온 그래프
4.3 결과

5. 고찰

6. 결과

§ 토의사항

§ 사용부호

§ 참고문헌

본문내용

이유는 35 이상의 온도에서 압력이 50 105Pa 이상이 되는 부분이 존재했는데, 너무 높은 압력이었기 때문에 실험의 안전상 측정을 할수 없었다는데 있다.
또 각각의 온도와 부피에 따른 압력의 측정인데 온도계와 수은 모세관을 읽는데 있어 오차도 발생했으리라고 본다.
또한 항온조로 온도를 맞추는 많은 어려움이 있었다. 냉각기가 제대로 돌아가지 않아서 온도를 내리는 것이 쉽지가 않았다. 냉각기 안의 기기가 너무 오래 돌아가서 열을 받아 내려갔던 온도가 다시 올라가는 사태가 발생하여 온도를 내리는데 너무 오랜 시간이 걸렸다. 결국 두개의 냉각기 중 한 개의 냉각기를 다시 분리해 낸 다음에 한 개의 냉각기만으로 실험을 해야 했다. 한참 후에야 겨우 온도를 맞추고 실험을 할 수는 있었지만 실험을 하는 동안에도 계속 용기 안에 들어있는 물의 온도가 내려가거나 올라가는 사태가 자주 발생했다. 온도가 내려가는 경우 전기 물 냉각기를 작동시켜서 그런 것으로 밝혀졌으나, 온도가 갑작스럽게 올라가는 경우는 이유를 밝혀내지 못 했다. 처음에 온도를 정해진 온도로 맞춘 후에는 그 온도에서의 측정이 끝날 때까지 항온조의 온도를 보지 못했기 때문인데, 이는 측정도중에도 남은 한 명이 항온조의 온도를 계속해서 확인한다면 충분히 막을 수 있는 오차이다. 또한 항온조의 온도가 실험 오도와 맞다고 하여도 실험기구도 그 온도가 맞는지 확실치가 않았다. 실험기구 내부에도 온도계가 있어서 온도를 측정할 수는 있었지만 온도가 전달되지 않아서 온도를 정확히 맞추어 실험하지는 못했다.
핸드휠을 돌려 시료의 부피를 증가시킬 때, 수은기둥의 높이가 처음 측정치 보다 점점 내려가는 것을 발견하게 되었다. 그러므로 핸드휠을 돌려 수은 기둥의 높이(시료의 부피)를 맞춘 후에 약간의 시간을 두어야 수은기둥의 원래 높이를 알 수 있을 것이라 추측된다. 그리고 수은 기둥의 끝에서 생기는 물의 응축 현상이 일어난 압력과 부피를 제대로 측정하지 못 했다.
6. 결 론
(1) 실험 결론
가스의 임계점 실험에서는 에탄의 PVT-데이타 값을 측정하여 PV-등온선을 그려 봄으로써 임계점을 결정해 주고, 그때의 압력과 부피를 이용하여 반데르발스 상수 a,b값을 결정하여 주었다.
그리고 임계온도보다 높은 온도에서의 PV-곡선에 대한 식을 반데르발스 방정식과 이상기체 상태방정식을 이용하여 계산하고 ,그에 따라 PV-등온식에 상응하는 그래프를 그려봄으로 해서 이상기체에서는 생각해 주지 않았던 요소인 기체 분자가 점유하는 부피와 일정 부피 안에서 기체를 가두어 두는데 필요한 압력을 감소시키는 분자들 사이의 인력의 영향을 알아 볼 수 있었다.
즉, 실제 기체와 이상기체 법칙 사이의 차이를 실험을 통하여 반데르발스 상수를 결정해 줌으로써 실제 가스에 대한 상태 방정식을 만들어 본것이다.
(2) 향후 기대 효과
우리의 실생활이나 주변에서 접하게 되는 기체는 이상 기체 방정식의 가정에서 처럼 항상 높은 온도와 낮은 압력 상태하에서 존재하지는 않는다.
즘 분자 사이의 인력이나 가스 분자들이 차지하는 부피를 무시 할 수는 없다.
가스의 온도, 압력, 부피에 따른 거동을 이상기체 법칙을 따르는 것으로 간주하고 학습을 하고 있지만, 실제 기체 하에서는 큰 편차가 존재함을 알아야 하겠다.
그리고 임계 상태에서 그때의 온도, 압력, 부피 중에 두가지만 알면 반데르발스 상수도 결정해 줄 수 있다.
. 토의사항
♣ 조원들이 토의한 내용 정리
(1) PVT-실험 데이터 측정에 있어 부피의 간격을 보다 짧게 했더라면, 더 정확한 측정치를 얻을수 있었을 것이다.
또 그로 인해 PV-등온 선도 좀더 정확하고 부드럽게 그려졌을 것이다.
(2) 압력이 너무 높아지지 않도록 (50 105pa이상) 주의해서 실험해야 한다는 것에만 너무 중점을 두다보니, 본래 실험 목적인 임계점을 찾는데 꼭 필요한 부분의 측정이 이루어 지지 않아 결과 산출이 어려웠다.
또, 실험 데이터만 측정할 것이 아니라 대략적인 그래프도 그려보는 것이 필요 할 것 같다.
(3) 실험전 실험기구에 대한 유의사항, 조작법에 대해 잘 알아두어야 한다.
① 순환 항온조에서 냉각 장치는 실온보다 낮은 온도하에서의 실험에 가동, 실온보다 높은 온도 범위의 실험에선 꺼둔다.
② 순환 항온조에 처음 물을 틀어줄때 너무 갑자기 세게 틀어주면 안된다.
③ 압력이 50 105pa이상으로 올라갈 경우에는 실험을 멈추고, 압력을 낮추어야 한다.
(4) 물리화학에서 실제 기체단원, 특히 반데르발스 방정식과 비리얼 방정식, 임계점 등에 대해 자세히 학습하고 난 후 실험을 준비하는 것이 이론적으로 필요하다.
♣ 실험오차의 원인 토의
35 이상의 온도에서 압력이 50 105Pa 이상이 되는 부분이 존재했는데 이번 실험에서 제일 중요하다고 볼 수 있는 임계점이 그 부분에서 나오기 때문에 Tc를 정확히 산출 할수 없었다.
또 일정한 온도와 부피하에서 압력을 측정하는 실험인데, 눈금을 읽어 조절하는 것이었기 때문에 오차가 발생 할 수 있었다.
그리고 PVT데이터 측정에 있어서 압력의 측정 범위를 보다 짧게 지정해 준다면, PV-등온선도 더 곡선의 형태로 나올 수 있을것이고 임계점을 결정하는 것도 쉬웠을 것이다.
사용부호
부 호
용 어
설 명
기 호
m
질량
어떤 물질에 포함되어있는 물질의 양.
[g]
P
압력
물체와 물체의 접촉면 또는 물체내의 가정한 면을 사이에 두고 서로 수직으로 미는 힘.
[Pa], {atm}
T
온도
물체의 차고 뜨거운 정도를 수량으로 나타낸 것.
[ ]
V
부피
입체가 점유하는 공간부분의 크기.
[㎖]
. 참고문헌
물리화학실험
권오천 서울동명사 1962
실험 물리화학 900-01 daniwls,Farrington 최재시
물리의학실험 Crockford H.D
이익춘, 박영자, 김유항
http://www.nasc.snu.ac.kr/crew/mnkim/lecture/cal/ch11/node8.html
http://preview.britannica.co.kr/spotlights/nobel/list/b08b3814a.html
http://icat.snu.ac.kr:3000/control/text/chap3_3.html

키워드

가스,   임계점,   반 데르 발스,   van der Waals