디스플레이화공실험 - 열기관과 이상기체법칙

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디스플레이화공실험 - 열기관과 이상기체법칙에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

. 이를 이상기체상태방정식() 대입해 보면 (,,=constant로 가정된 상태. 샤를의 법칙)임을 확인할 수 있어 이상기체라고 할 수 있는데, 공기는 이상기체가 아니기 때문에 실체기체 중에 이상기체에 가까운 기체라고 결론을 내렸다.
그 다음 실험에서는 우리가 사용한 열기관의 cycle이 이상적인 열기관의 cycle인 Carnot cycle를 따르는지, 100 과 200 의 추를 사용하여 피스톤이 받는 압력을 달리해주면 어떤 영향을 끼치는 지 그리고 PV선도를 이용하여 피스톤이한 일을 구한 것과 피스톤의 위치에너지를 비교해보았다.
우리가 측정한 결과는 위에서 나타낸 것과 같이 ‘등온팽창(isothermal expansion) → 단열팽창(adiabatic expansion) → 등온압축(isothermal compression) → 단열압축(adiabatic compression)’ 순서로 변화하여 Carnot cycle의 형태를 띄었지만, 이 때까지 보아온 모습이 아닌 일그러진 모습으로 나타나서 실제 열기관과 Carnot 열기관의 차이에 대해서 확인해 볼 수 있었고, 추의 무게를 다르게 하여 우리가 사용한 기체가 보일의 법칙을 따라 이상기체에 가까운 기체임을 첫 번째 실험에 이어 다시 한번 생각해볼 수 있었다. 또, 피스톤이한 일과 피스톤의 위치에너지간의 오차는 30%를 넘지 않았는데 이 것으로 열기관이 잘 작동하여 우리가 비교적 실험을 잘 해낸 것 같아 뿌듯하게 실험을 마무리할 수 있었다.
000: 이상기체법칙과 열기관에 대해서 알 수 있는 실험이었다. 첫 번째 실험인 이상기체법칙 실험은 실험기구가 작동하질 않아서 실험을 할 수가 없어서 많이 아쉬웠다. 그래서 조교님께서 주신 다른 조의 자료로 실험결과를 작성하게 되었다. 실험을 직접 하지 않았더니 결과만을 보고서는 실제공기가 이상기체법칙()을 따르는지 잘 알 수가 없다. 두 번째 실험인 열기관 실험에서는 위의 결과의 를 보면 열기관이 행한 일의 양과 추의 위치에너지 변화에 따른 일의 양의 차를 보면 대부분이 약 20~30% 사이임을 알 수 있다. 이 결과로 인해 우리는 열기관의 효율성이 크다는 것을 알 수 있다. 다시 말해 열기관이 제 역할을 제대로 하고 있다는 것을 뜻한다.
000 : 이번 실험은 먼저, 공기가 이상기체 법칙을 따르는지 확인해보는 실험으로 공기가 담긴 피스톤 내의 이동거리를 측정해야 했지만, 실험기구의 오작동으로 인하여 실험뒤에 받은 데이터(피스톤 내의 이동거리)로 구해낸 부피값과 공기용기 내의 온도를 절대온도로 환산한 값을 그래프로 나타내어 보았다. 그리하여 공기의 부피값과 절대온도가 서로 비례관계에 있는 것을 쉽게 눈으로 확인해 볼 수 있었다. 따라서 공기는 샤를의 법칙을 따르므로 이상기체 법칙을 따른다는 것을 유추해 볼 수 있었다.
그 다음 실험은 열기관의 열역학적인 일을 이해해보는 실험으로 추 100g과 추 200g으로 질량을 각각 달리하여 공기용기를 따뜻한 물과 차가운 물로 번갈아 옮겨가면서 그려진 선도로 열역학적인 일의 양을 구해보았다. 이 때 그려진 선도는 Carnot 열기관으로 등온팽창 → 단열팽창 → 등온압축 → 단열압축의 순환과정을 띄는 공정의 그림과 거의 일치하므로 이상적인 열기관의 거동을 보인 실험이라 생각된다. 이 실험은 실린더 내에서 피스톤에 의해 부피변화가 수반되므로 식이 필요하다. 그러면 선도에 나타난 cycle의 면적은 일이 양이라는 것이 성립하므로, 이 식에 대입하여 일의 양을 구해보았다. 그 다음에는 추의 위치에너지를 구하여 앞서 구한 일의 양과 비교해 두 값의 차가 그리 크지 않음을 확인하여 오차가 많이 나지 않았다는 것을 짐작해 볼 수 있었다.

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열기관,   이상기체법칙,   열기관 실험