소개글
"고체의 선팽창계수 성균관대"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 목적 및 이론
1.1. 금속 시편의 온도에 따른 선팽창 계수 측정
1.2. 이론 선팽창 계수와의 비교 및 오차 분석
2. 실험 방법
2.1. 실험 기구 및 장치
2.2. 실험 절차
3. 실험 결과
3.1. 알루미늄의 선팽창 계수 및 오차
3.2. 철의 선팽창 계수 및 오차
4. 결과 분석
4.1. 온도 간격에 따른 오차 발생
4.2. 온도 측정 기기의 오차 영향
5. 고찰
5.1. 열평형 미달성의 영향
5.2. 시료 재질의 강도 차이
5.3. 실험 데이터 처리 과정의 한계
6. 결론
6.1. 실험 결과 요약
6.2. 오차 저감을 위한 제언
7. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 목적 및 이론
1.1. 금속 시편의 온도에 따른 선팽창 계수 측정
이 실험에서는 금속 시편의 온도에 따른 선팽창 계수를 측정하였다. 이를 위해 금속 시편의 길이 변화를 관찰하고 온도 변화에 따른 선팽창 계수를 계산하였다.
먼저 금속 시편의 초기 길이를 측정하고, 온도를 단계적으로 변화시키면서 시편의 길이 변화를 관찰하였다. 온도가 증가함에 따라 시편의 길이가 점차 늘어나는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 선팽창 계수 α를 계산할 수 있는데, 이는 다음과 같은 식으로 표현된다.
α = (L2 - L1) / (L1 * (t2 - t1))
여기서 L1과 L2는 각각 온도 t1과 t2일 때의 시편 길이이다. 이 식을 이용하여 철과 알루미늄 시편의 선팽창 계수를 각각 계산하였다.
철 시편의 경우, 온도 변화에 따라 시편 길이가 지속적으로 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 계산 결과, 철의 선팽창 계수는 10.9×10-6/℃로 나타났다. 이는 이론적으로 알려진 값 12.0×10-6/℃와 비교했을 때 약 9.17% 낮은 수치이다. []
알루미늄 시편의 경우에도 온도 증가에 따라 길이가 늘어나는 양상을 보였다. 계산 결과 알루미늄의 선팽창 계수는 20.6×10-6/℃로 나타났다. 이는 이론값 24.0×10-6/℃와 비교하면 약 14.17% 낮은 수치이다. [
1.2. 이론 선팽창 계수와의 비교 및 오차 분석
실험을 통해 구한 철과 알루미늄의 선팽창 계수는 이론값과 비교하여 일정한 오차를 보인다. 철의 경우 실험값이 10.9 × 10-6/K, 이론값이 12.0 × 10-6/K로 상대오차가 -9.17%이다. 알루미늄의 경우 실험값이 20.6 × 10-6/K, 이론값이 24.0 × 10-6/K로 상대오차가 -14.17%이다.
철의 경우 비교적 정확한 실험 결과를 얻었으나, 알루미늄의 경우 상대적으로 큰 오차가 발생하였다. 이는 온도 간격의 차이에서 기인한다. 철 실험에서는 온도 간격이 10°C로 일정하였으나, 알루미늄 실험에서는 온도 간격이 균일하지 않았다. 균일하지 않은 온도 간격은 작은 눈금 오차에도 선팽창 계수 계산에 큰 영향을 미치게 된다.
또한 디지털 온도계의 오차도 결과에 영향을 주었다. 디지털 온도계는 일반적으로 약 0.1°C 정도의 오차를 가진다. 이 오차가 철 실험에서는 상대적으로 작았지만, 알루미늄 실험에서는 더 큰 영향을 주었다. 온도 간격이 작은 알루미늄 실험에서는 0.1°C의 온도 오차가 선팽창 계수 계산에 큰 오차를 초래하였다.
따라서 본 실험에서 나타난 오차의 주된 요인은 온도 측정과 온도 간격의 문제였다고 볼 수 있다. 향후 실험에서는 균일하고 넓은 온도 간격을 유지하고, 아날로그 온도계 등 더 정밀한 온도 측정 장치를 사용한다면 이론값과 더 일치하는 선팽창 계수 ...
참고 자료
일반물리학실험 – 성균관대학교 물리학과 물리실험위원회 편
디지털 온도계 오차
https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=cavern67&logNo=220837421888&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F
일반물리학실험 (성균관대학교 물리학과 물리실험위원회 편)
일반물리학 실험, 성균관대학교 물리학과 물리실험위원회, 2013
1
2
3
4
5
6
7