저온측정

소개글

물리학 실험 A+ 보고서

목차

1. 실험목적

2. 측정

3. 실험방법
3.1. 실험장치
3.2. 실험과정
3.2.1. 다이오드 온도계 calibration
3.2.2. 다이오드 온도계 사용
3.2.3. 열전대(Thermocouple)를 이용한 저온 측정
3.2.4. 액체산소의 상자성 관찰
3.2.5. 온도에 따른 반도체와 금속의 저항 관찰
3.2.6. 초전도 현상 관찰

4. 실험 원리 및 이론

5. 결과 및 분석
5.1. Thermocouple을 이용한 온도 측정
5.2. Diode를 이용한 온도 측정
5.2.1. 다이오드 특성곡선
5.2.2. Calibration
5.3. 반도체의 온도에 따른 저항 변화
5.4. 초전도 현상 관찰
5.5. 액체산소의 상자성 확인

6. 논의
6.1. 다이오드 특성곡선
6.2. 다이오드 전류-전압 관계식 유도
6.3. Thermocouple의 정확성
6.4. 반도체와 도체의 온도에 따른 저항변화
6.5. 초전도체와 마이스너효과
6.6. 액체산소의 상자성
6.6. 액체 질소의 증기압곡선
6.7. 증기압과 온도의 관계식 증명

7. 결론

8. 참고문헌

본문내용

1. 실험목적
열전대(thermocouple, TC), 다이오드(diode)를 이용하여 저온을 측정하는 방법을 익히고, 상온에서는 볼 수 없는 저온에 관련된 여러 현상을 관찰해본다. 그리고 온도변화에 따른 금속 및 반도체의 저항변화와 초전도현상을 관찰해본다.
2. 측정
다이오드(Diode)와 열전대(thermocouple, TC)를 이용하여 다음을 측정한다.
① 액체질소 온도, 끓는점(77K)
② 액체산소 온도, 끓는점(90K)
③ 에탄올의 녹는점(150K)
④ 상온(300K)
⑤ 반도체의 온도에 따른 저항
⑥ 고온초전도의 자기부상현상
3. 실험방법
3.1. 실험장치
보온통, Diode, Thermocouple, 시험관, 자석, 열전대표, 직류 전류원, 저항(1MΩ, 150KΩ, 22KΩ), DMM(digital multimeter), 물, 고온초전도 블록, Cu선, Si 기판, 화학물질(질소, 산소, 에탄올)
① 화학물질
- 질소: 녹는점: －209.86℃, 끓는점: －195.8℃(77K),
- 산소: 녹는점－218.4℃, 끓는점－182.94℃(90K), 순수한 액체산소는 담청색이고, 상자 성물질이라서 자석과 인력이 작용한다.
- 에탄올: 녹는점 －114.5℃(150K), 끓는점 78.32℃
② 구리선: Cu는 비저항이 매우 낮아서 저항을 측정하기 어렵다. 가늘고 매우 긴 구리도선을 사용한다. 금속이므로 온도가 감소하면 저항도 감소한다.


..<중략>..

엔탈피의 정의와 압력과 온도가 상수라는 사실을 이용하면, 다음과 같은 식이 나온다.
이것을 압력의 미분값에 대입하면
위 식을 Clausius-Clapeyron Equation이라고 하며, 어떤 물질의 상태 변화를 기술하는 관계식이다.
이상기체 상태 방정식 을 대입하면
변수를 분리해주고, 적분을 하면 다음 식이 나온다.
7. 결론
Thermocouple과 diode를 이용하여 극저온을 측정해보고 저온에서 일어나는 여러 가지 현상을 관찰하였다. Thermocouple을 이용하면 에탄올의 녹는점 정도의 저온은 비교적 정확히 측정할 수 있었지만, 액체 질소, 산소 같은 80K 이하의 저온은 정확도가 떨어졌다. 한편, Diode를 이용하여 온도를 측정하려 시도하였으나, calibration 하는 과정에서, 와 n이 온도와 관련된 값이라는 결론을 내렸다. 즉, 본 실험의 범위 내에선 Diode 온도계를 만들 수 없었다. 한편, 고온 초전도체와 자석을 이용하여 Meissner effect를 관찰하였고, 초전도체가 자석의 자기장에 의해 공간에 고정됨을 확인하였다.

참고 자료

[1] 저온측정.hwp
[2] Meissner effect: http://100.naver.com/100.nhn?docid=58877
[3] Meissner effect: Halliday, Resnick, Walker, Fundamental of Physics, 4th ed.
[4] 다이오드 특성방정식: blog.naver.com/rhpys?Redirect=Log&logNo=50041685633
[5] 상자성: http://blog.naver.com/ryanny0812?Redirect=Log&logNo=110030386033
[6] 산소의 MO: http://blog.naver.com/chemijhy?Redirect=Log&logNo=100025883407
[7] Halliday, Resnick, Walker Fundamentals of Physics, 4th ed., 초전도현상
[8] Clausius-Clapeyron relation:
http://en.wikipedia.org/wiki/Clausius%E2%80%93Clapeyron_relation
[9] Thermocouple: http://k.daum.net/qna/view.html?qid=3NK7S