소개글
"유체역학 화공 정리"에 대한 내용입니다.
목차
1. 기체의 유출을 이용한 분자량 및 분자 지름 측정
1.1. 실험 목적
1.2. 이론적 배경
1.2.1. 유출(effusion)과 확산(diffusion)
1.2.2. 분자량 측정 원리
1.2.3. 분자 지름 측정 원리
1.3. 실험 재료 및 방법
1.3.1. 실험 준비
1.3.2. 실험 과정
1.4. 실험 결과
1.4.1. 분자량 측정 결과
1.4.2. 분자 지름 측정 결과
1.5. 결과 분석 및 고찰
1.5.1. 분자량 및 분자 지름 측정 결과 해석
1.5.2. 오차 원인 및 개선 방안
1.6. 결론
2. 참고 문헌
본문내용
1. 기체의 유출을 이용한 분자량 및 분자 지름 측정
1.1. 실험 목적
이 실험의 목적은 유출법을 이용하여 기체의 분자량을 결정하고, 확산을 이용하여 기체의 분자 지름을 결정하는 데 있다."
1.2. 이론적 배경
1.2.1. 유출(effusion)과 확산(diffusion)
유출(effusion)은 기체를 담고 있는 용기의 벽에 작은 구멍을 내고 이 구멍이 진공이나 낮은 압력에 연결되도록 하면 기체가 분자 운동에 의해 구멍을 통해 진공 쪽으로 빠져나오는 현상을 말한다. 유출 현상은 기체의 분자량 측정에 활용된다.
확산(diffusion)은 이미 다른 기체가 들어 있는 용기에 어떤 기체를 넣으면 새로 들어온 기체는 용기 속에 전체적으로 퍼지게 되는 과정을 의미한다. 즉, 기체가 공간을 통하여 퍼지는 현상이다. 확산 현상은 기체의 분자 지름 측정에 활용된다.
유출과 확산은 기체 분자의 운동 특성에 기반한 현상이다. 기체 분자는 열운동에 의해 끊임없이 움직이며, 이 과정에서 분자량이나 분자 지름의 차이에 따라 유출 및 확산 속도에 차이가 생긴다. 이를 통해 기체의 분자량과 분자 지름을 측정할 수 있다.
1.2.2. 분자량 측정 원리
Boyle의 기체 분자 운동론에 따르면 1몰의 이상기체의 전체 운동에너지는 PV=NAm으로 나타낼 수 있다. 여기서 NA는 아보가드로 수, m은 한 분자의 질량, 는 속도 제곱의 평균값이다. 또한 1몰의 이상기체의 상태방정식은 PV=nRT로 주어진다. 이 두 식을 정리하면 다음과 같은 관계식을 얻을 수 있다.
=(3/2)RT/m
이 식으로부터 속도 제곱의 평균값 은 분자량 m에 반비례하는 것을 알 수 있다. 따라서 일정한 온도와 압력에서 기체가 작은 구멍을 통과하는데 걸리는 시간은 분자의 속도에 반비례한다. 즉, 두 기체가 같은 압력, 온도에서 같은 부피를 통과하는데 걸리는 시간의 비는 두 기체의 분자량의 제곱근의 역수비와 같다.
이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.
t1/t2 = (M2/M1)^(1/2)
여기서 t1, t2는 각각 표준물질과 미지의 기체가 구멍을 통과하는데 걸리는 시간이며, M1, M2는 각 기체의 분자량이다. 따라서 이 관계식을 이용하면 미지의 기체의 분자량을 계산할 수 있다.
1.2.3. 분자 지름 측정 원리
이론적 배경 중 '1.2.3. 분자 지름 측정 원리'는 다음과 같다.
같은 부피를 가지는 두 기체가 모세관을 통하여 새어 나가는데 걸리는 시간의 비는 점도의 비와 같다. 식으로 표현하면 다음과 같다.
t1/t2 = (μ1/μ2)^0.5 = (M2/M1)^0.5
여기서 t1과 t2는 각각 표준물질과 측정대상 기체가 모세관을 통해 새어 나가는데 걸린 시간이며, μ1과 μ2는 표준물질과 측정대상 기체의 점도, M1과 M2는 각각 표준물질과 측정대상 기체의 분자량이다.
따라서 표준물질의 분자 지름을 알면, 측정대상 기체의 분자 지름을 계산할 수 있다. 분자 지름(σ)과 평균 자유 행로(l) 사이의 관계는 다음과 ...
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