본문내용
1. 재료의 물리적 특성
1.1. 밀도 측정
1.1.1. 실험 목적
본 실험의 목적은 재료의 중요한 물리적 특성 중 하나인 밀도를 측정하는 방법을 학습하는 것이다. 즉, 전자 저울과 밀도 측정용 키트를 사용하여 재료의 밀도를 측정하고, 이를 통해 재료의 물리적 특성을 이해하고자 한다."
1.1.2. 실험 방법
실험 방법은 다음과 같다. 먼저 전자 천평 제조회사에서 제공하는 밀도 측정용 키트를 설치한다. 전자 천평의 기설치된 무게 측정용 팬을 제거하고 대신 브라켓을 설치하여 0점 조정을 한다. 이어서 비이커를 올려 놓을 지지대를 설치하고 물이 담긴 비이커, 시편 설치용 후크, 온도계 등을 설치한다.
준비를 마친 상태에서 시편을 얹어 놓지 않은 상태에서 0점 보정을 한다. 이렇게 하면 물속에서 시편의 무게를 달 때 고려해야 할 시편 설치용 후크와 받침에 대한 보정을 별도로 하지 않아도 된다.
시편을 올려 놓고 공기 중에서 시료의 무게를 측정한다. 이어서 물에 잠겨 있는 시편 설치용 후크 하단의 시편 받침에 시편을 올려놓고 물속에서의 무게를 측정한다. 이때 물속에서 시편의 무게를 달 때 함께 잠기는 시편 설치용 후크와 받침대에 의해 발생되는 효과는 고려할 필요가 없다.
따라서 이 경우 피측정체의 밀도는 {공기 중에서 시편의 무게}/{공기중에서 시편의 무게 - 물속에서 시편의 무게} x 물의 밀도로 주어진다. 비이커내 물의 온도를 측정하고 표 3의 자료를 참조하면 측정 조건에서 물의 밀도를 알 수 있으므로 위 식에 의해 피측정체의 밀도를 구할 수 있다.
1.1.3. 실험 결과
실험 결과는 다음과 같다.
첫 번째 실험에서 공기 중에서의 시편 무게는 2.9282 g, 물속에서의 시편 무게는 1.6154 g로 측정되었다. 물의 온도는 22°C로, 이때 물의 밀도는 0.9978 g/cm3이다. 이를 바탕으로 계산한 시료의 밀도는 2.2256 g/cm3이다.
두 번째 실험에서 공기 중에서의 시편 무게는 2.9267 g, 물속에서의 시편 무게는 1.6468 g로 측정되었다. 물의 온도와 밀도는 첫 번째 실험과 동일하며, 이를 바탕으로 계산한 시료의 밀도는 2.2816 g/cm3이다.
세 번째 실험에서 공기 중에서의 시편 무게는 2.9302 g, 물속에서의 시편 무게는 1.5850 g로 측정되었다. 물의 온도와 밀도는 첫 번째 실험과 동일하며, 이를 바탕으로 계산한 시료의 밀도는 2.1735 g/cm3이다.
이 세 실험 결과의 평균 시료 밀도는 2.2259 g/cm3이다.
1.1.4. 밀도와 비중의 차이
밀도와 비중의 차이는 다음과 같다.
밀도는 일정 온도에서 재료의 단위 체적당 질량, 즉 질량에 대한 부피비를 나타내는 물리량이다. 밀도의 단위는 g/cm³ 또는 kg/m³이다.
반면, 비중은 어떤 물질의 질량과 그와 같은 체적의 표준물질(일반적으로 4℃의 물)의 질량과의 비를 나타내는 무차원수이다. 비중은 단순히 물체와 물의 밀도비이기 때문에 단위가 없다.
즉, 밀도는 물질 고유의 속성을 나타내는 유차원수이고, 비중은 표준물질과의 상대적인 관계를 나타내는 무차원수라는 차이가 있다.
또한 밀도는 온도변화에 따라 달라지지만, 비중은 온도변화에 따른 영향을 받지 않는다. 따라서 밀도를 표시할 때는 측정 당시의 온도를 함께 명시해야 하지만, 비중은 온도 정보 없이 단일 값으로 표현할 수 있다.
1.1.5. 다공질 재료의 밀도 측정
다공질 재료의 밀도 측정은 일반적인 밀도 측정 방법으로는 정확한 값을 구하기 어...
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