일반물리학실험 - 열기관 (Heat Engine) 실험보고서 (일반 물리 실험 A+ 보고서)

소개글

카이스트 일반물리학 실험시간에 A+ 받은 보고서입니다. 기체분자운동에 관한 식 증명과, 열기관의 효율에 대한 실험입니다.

목차

1. 실험 목적 및 이론
2. 실험결과 및 분석
3. 실험 해석 및 결론
4. 오차분석

본문내용

- 이 그래프가 P-V 그래프이기 때문에 경로에 둘러싸인 면적이 계가 외부에 한 일이다. 즉, 계에 행해진 일은 이 면적의 음수 값이다.
- 팽창의 경우 경로 ABC에서는 계가 외부에 일을 해 준다. 압축의 경우 경로 CDA에서는 계가 외부에서 일을 받게 된다.
- 이 카르노 순환은 열기관의 이상적인 모형 중 하나이다.
- 여기서 A 상태에서 이 경로들을 순환하여 다시 압력과 온도가 A 상태와 같게 되면 부피 또한 처음의 A 상태와 같게 된다. 이것은 일정량의 기체가 압력과 온도가 같으면 보일의 법칙에 의해 부피도 같기 때문이다.

그림1은 온도를 거의 일정하게 유지하면서 피스톤 위에 압력을 주었을 때, 부피의 변화를 기록한 것이다. P-V그래프로 보아서 그 관계를 잘 알 수 없기 때문에 (반비례관계임을 확인하기 어렵기 때문에) 부피의 역수를 가로축으로 하여 새로 그려서 그 관계를 확인하였다. 즉, 그림2에 나타난 그래프는 P-1/V그래프로, 선형관계를 나타냄으로써 온도가 일정할 때 압력과 부피가 반비례 관계에 있음을 보였다.

그림3은 V-PV의 관계 그래프이다. 즉, 압력과 부피의 곱이 부피 변화에 따라 일정한지 확인해 보기 위한 그래프이다. 추세선의 식으로부터 알 수 있듯이, PV와 V의 관계는 상수 곱의 관계로, 기울기가 거의 0에 가깝다. 이렇게 P-1/V와 PV-V 두 종류의 그래프를 이용하여 압력과 부피의 관계가 반비례임을 알 수 있었다.

그림4는 압력이 일정할 때, 온도 변화에 따른 부피의 변화를 나타낸 것이다. 가로축 온도에 대한 세로축의 부피의 변화가 선형관계임을 알 수 있다. 즉, 압력이 일정할 때 부피와 온도는 서로 비례관계에 있음을 확인하였다. 또한, 이 그래프의 x절편값을 구함으로써 절대0도의 값을 예측해 볼 수 있는데, 위 추세선 식의 y에 0을 대입한 후 x를 구하여 보면, -201.35(K) 라는 값이 나온다.

참고 자료

없음