[물리실험] 열-역학적 에너지의 보존

목차

1.목적

2.실험 원리

3. 본론
3.1. 실험 방법
3.2. 실험결과

4. 결론 및 Discussion

본문내용

지탈 온도계와 전원 장치의 여닫이, 컴퓨터, 모니터를 끄고 전기 꽂이를 콘센트로부터 빼 놓는다.
3.2. 실험결과
가열선 전류 I = 1A, 전압 V = 9.0V 공급된 전기에너지 P=VI=9W 였다.
이므로 각 그래프의 기울기로부터 P와 C를 구할 수 있다.
= 0.0221
앞부분의 데이터에 오차가 크게 나서 제외하였다.
=0.0164
=0.0145
=0.0125
에서
= 448.97
=2.0637 P=9이므로
열의 일 해당량 q=4.04 J/cal
열량계의 열용량 C=4.60 cal/K
에서
=0.0187, P-P'=P=9(열손실을 무시)
m=0.1 M=0.05 C=4.60 q=4.04 에서
c'=290.6 cal/kgK=1220.5 J/kgK
=0.0002
열 손실이, 측정을 한 약 300초 이내에는 거의 없다고 보아도 무방하다. 실험결과는 오히려 열량계가 외부로부터 열을 받은 것으로 나타나 있다.
4. 결론 및 Discussion
열의 일 해당량 q가 4.2에 비교적 가까운 값인 4.04가 나왔다. 하지만 이치적으로 생각을 했을 때, 공급된 에너지의 전부가 열로 전환되는 것은 아니기 때문에 이론적 값인 4.2보다는 크게 나와야 한다. 따라서 측정에 다소의 오차가 있었던 것으로 생각이 된다.
50g 추의 비열도 1220.5 J/kgK으로 물의 4190 J/kgK의 약 으로 나왔다. 하지만 철의 비열인 444 J/kgK 이나 구리의 비열인 386 J/kgK 과는 다소 큰 차이를 보인다. 금속중에서 그래도 비열이 큰 알루미늄(900 J/kgK) 보다도 더 컸다주1).
실험 결과 자체를 놓고 볼 때에는 100cc를 제외하고는 거의 직선을 이루고 있어서 측정이 크게 잘못된 것 같지는 않다. 175cc만 볼 때 열량계의 열용량을 무시하고 열의 일 해당량을 구해 보면 4.13정도로 이론적인 값보다 약간 작다. 이렇게 오차가 생긴 것은 아마도 전원 공급장치의 표시된 전류에 차이가 있거나 물의 부피를 잘못 계산하였기 때문인 것으로 생각된다. 또한 물의 부피와 질량이 정확하게 일치하지는 않기 때문에 약간의 오차가 났을 것이다.
위의 실험의 모든 결과에서 열의 손실은 생각해 주지 않았다. 열 손실을 측정한 그래프에서 보면 측정을 한 시간인 300초 동안에 발생한 열 손실이 없다고 보아도 된다는 것을 보여 주기 때문이다. 오히려 그래프의 기울기가 0.0002로 양수의 값이 나와 물이 외부로부터 에너지를 얻었다는 결과가 나왔다. 실험실 내부의 온도가 24℃를 넘지 않은 것으로 볼 때 이것은 아마도 물이 골고루 섞이도록 젖개를 흔들어 주는 과정에서 생긴 물분자간의 마찰에 의한 것이라 생각된다.
이번 실험에서 전기에너지를 공급함으로서 물의 온도를 높이는 것, 즉, 물의 내부에너지를 증가시키는 것을 살펴볼 수 있었다. 실험이 그래도 나름대로는 잘 진행이 된 것 같고, 열의 일 해당량도 이론적인 값과 비슷하게 나왔다. 이것으로서 열-에너지 보존법칙을 확인 할 수 있었다.
5. Reference 주1) 권숙일 外 ,고등학교 물리Ⅱ, 두산동아, 1998

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