물리화학실험 viscosity of solution 실험보고서

문서 내 토픽

• 1. Viscosity of solution

  실험 제목Viscosity of solution – Ostwald viscometer실험 목적점도계를 이용하여 미지시료의 점도를 측정한다. 실험 결과비중편의 부피 계산비중병 번호123비중병 질량(g)19.333g17.934g18.744g비중병+물 질량(g)44.463g43.265g43.902g증류수 질량(g)25.130g25.331g25.158g증류수 밀도(g/ml)0.99821g/ml비중병 부피(ml)25.175ml25.376ml25.203ml시료의 밀도, 점도 계산 (물의 점도=1.002cp)점도계산식: [η=점도, p=밀도, t=시간]이번 실험에서 사용한 물과 시약과의 점도 계산식:에탄올 농도0%(water)10%20%30%40%비중병 번호11231비중병 무게(g)19.33319.33317.93418.74419.333비중병+시료 무게(g)44.46344.13642.60242.95543.123시료 무게(g)25.13024.80324.66824.21123.790비중병 부피(ml)25.17525.17525.37625.20325.175시료 밀도(g/ml)0.998210.985220.972100.960640.94499시료 이동시간1(s)3847597081시료 이동시간2(s)4047607184평균 이동시간(s)394759.570.582.5점도(cp)1.0021.1921.4881.7432.007에탄올 농도50%60%80%미지시료비중병 번호2312비중병 무게(g)17.93418.74419.33317.934비중병+시료 무게(g)41.49541.67041.07740.392시료 무게(g)23.56122.92621.74422.458비중병 부피(ml)25.37625.20325.17525.376시료 밀도(g/ml)0.928480.909650.863710.88501시료 이동시간1(s)86888290시료 이동시간2(s)86888489평균 이동시간(s)86888389.5점도(cp)2.0552.0601.8452.039

• 2. 에탄올 농도에 따른 점도 변화

  에탄올 농도에 대한 점도 그래프 -> 2차식 구하기 미지시료의 농도 -> 근의공식으로 풀기 + 오차율(이론값=70%)미지시료의 점도를 y=2.039 라고 했을 때 이를 근의공식으로 풀면 X1=43.827, x2=56.173이다.이론값에 가까운 x2값을 이용하여 오차율을 구하면 오차율=19.8%

• 3. 점도 측정 방법

  Ostwald 점도계를 이용하여 농도별 에탄올과 미지시료의 점도를 측정해보았다.시료의 점도를 계산할 때에는 [η=점도, p=밀도, t=시간]위 식을 이용하였는데 이 식은 물과 시료의 밀도, 점도계를 이용해 측정한 시료 이동시간, 물의 점도를 알면 시료의 점도값을 계산할 수 있었다.

• 4. 점도 측정 오차 원인

  오차의 원인은 2가지로 볼 수 있는데 우선 ostwald점도계를 이용하여 시료의 이동시간을 측정할 때 모두 육안으로 측정하기 때문에 오차가 발생할 수 있다. 이는 레이저 센서등을 이용하여 정확하게 측정하면 오차율을 줄일 수 있다. 또 앞선 농도별 에탄올의 점도를 측정하여 그래프를 그릴 때 2차함수 식이 정확하지 않았을 수 있다. 이는 더 다양한 농도로 실험을 진행하여 표준을 많이 구하여 2차식을 보완하여 오차율을 줄일 수 있을 것 같다.

• 5. 점도의 실생활 응용

  유체의 끈끈한 정도 즉 점도를 이용하여 여러 방면에서 이용이 가능하다. 점도가 너무 높으면 칠이 안되고, 너무 낮으면 흘러버리는 페인트의 점도를 결정하여 적당한 점도로 만들거나 파이프 속 유체점도가 높으면 파이프가 막히기 때문에 이송하는 유체의 점도에 따라 펌프에너지가 결정되는 등 점도는 실생활에서도 유용하게 사용된다.

• 6. 점도 변화 원리

  실험을 하기 전 예상으로는 농도가 높아질수록 당연히 점도가 높아질 줄 알았는데 실험을 진행하면서 농도가 어느정도 이상 높아짐에 따라 점도가 오히려 줄어드는 것을 보고 실험을 잘못한 줄 알았다. 일상생활에서 겪은 예를 들어보면 머랭이나 생크림을 만들 때 처음에는 점도가 매우 낮은 액체상태여서 들면 주르륵 빠르게 흘렀다. 반정도 저어 어느정도 점도가 생겼을 때는 조금 천천히 자기들끼리 엉겨서 늦게 떨어지는 느낌이었고, 다 완성되었을 때는 그냥 한번에 퍽 하고 떨어졌다. 이 예시로 미루어 생각해보았을 때 점도가 낮을 때는 물질 사이에 인력이 약해서 빠르게 떨어지고, 점도가 어느정도 있을 때는 인력이 생겨 자기들끼리 엉겨서 잡아당기는 힘시 생겨 떨어질 때 떨어지지 않은 물질이 떨어지는 물질을 잡아당겨 천천히 떨어지고 점도가 매우 높을 때에는 인력이 너무 높아 물질들끼리 붙어있어 한번에 빨리 떨어진다고 생각든다.

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• 1. Viscosity of solution

  Viscosity is an important physical property of solutions that describes the internal friction or resistance to flow. It is influenced by various factors such as temperature, concentration, and molecular structure of the solute. Understanding the viscosity of solutions is crucial in many industrial and scientific applications, from the production of paints and lubricants to the development of drug formulations and the study of biological fluids. Factors like solute size, shape, and intermolecular interactions can affect the viscosity of a solution, and these relationships are important to consider when designing and optimizing processes that involve fluid flow. Accurate measurement and prediction of viscosity are essential for ensuring the quality, efficiency, and safety of many products and processes.

• 2. 에탄올 농도에 따른 점도 변화

  에탄올 농도에 따른 용액의 점도 변화는 다양한 산업 및 일상생활에서 중요한 의미를 가집니다. 에탄올 농도가 증가함에 따라 용액의 점도가 감소하는 경향을 보이는데, 이는 에탄올 분자 간의 상호작용 감소와 밀도 감소에 기인합니다. 이러한 점도 변화는 에탄올 함유 제품의 유동성, 분무성, 흡수성 등에 영향을 미치므로 제품 개발 및 품질 관리에 고려되어야 합니다. 또한 에탄올 농도에 따른 점도 변화는 생물학적 시스템, 화학 공정, 에너지 생산 등 다양한 분야에서 중요한 정보를 제공합니다. 따라서 에탄올 농도와 점도의 관계를 이해하고 정확하게 측정하는 것은 매우 중요합니다.

• 3. 점도 측정 방법

  점도 측정은 다양한 산업 및 연구 분야에서 중요한 역할을 합니다. 점도 측정 방법에는 모세관 점도계, 회전 점도계, 진동 점도계 등 다양한 방식이 있습니다. 각 방법은 측정 범위, 정확도, 시료 요구량 등에서 차이가 있어 용도에 따라 적절한 방법을 선택해야 합니다. 예를 들어 모세관 점도계는 정확도가 높고 소량의 시료로 측정할 수 있어 연구 목적에 적합하며, 회전 점도계는 높은 전단 속도 측정이 가능해 공정 모니터링에 유용합니다. 또한 점도 측정 시 온도, 압력, 시료 전처리 등 다양한 요인을 고려해야 하며, 이를 통해 신뢰할 수 있는 점도 데이터를 얻을 수 있습니다. 점도 측정 방법의 선택과 적절한 실험 조건 설정은 점도 데이터의 정확성과 재현성을 확보하는 데 매우 중요합니다.

• 4. 점도 측정 오차 원인

  점도 측정 시 발생할 수 있는 오차 원인은 다양합니다. 첫째, 온도 변화에 따른 점도 변화가 크기 때문에 정확한 온도 제어가 필요합니다. 둘째, 시료의 불균일성, 기포 발생, 시료 전처리 과정 등으로 인한 시료 상태 변화가 오차를 유발할 수 있습니다. 셋째, 측정 장비의 교정 및 유지보수 상태, 측정 방법의 숙련도 등 실험 환경 요인도 오차 발생의 원인이 될 수 있습니다. 넷째, 시료의 비뉴턴 유체 특성, 고분자 용액의 분자량 분포 등 시료 자체의 복잡한 특성도 오차 요인이 될 수 있습니다. 이러한 오차 요인들을 체계적으로 관리하고 최소화하는 것이 정확한 점도 측정을 위해 매우 중요합니다. 점도 측정 시 이러한 오차 요인들을 고려하고 적절한 실험 설계와 데이터 분석 방법을 적용하는 것이 필요합니다.

• 5. 점도의 실생활 응용

  점도는 우리 일상생활 속 다양한 분야에서 중요한 역할을 합니다. 첫째, 식품 산업에서 점도는 제품의 질감, 유동성, 입안감 등에 영향을 미치므로 제품 개발과 품질 관리에 활용됩니다. 둘째, 화장품 및 의약품 산업에서 점도는 제품의 사용감, 흡수성, 안정성 등에 중요한 요인이 됩니다. 셋째, 자동차 윤활유, 유압유 등의 점도 특성은 장비의 마모 방지, 에너지 효율 향상 등에 기여합니다. 넷째, 페인트, 접착제, 잉크 등의 점도는 제품의 도포성, 점착력, 인쇄 품질 등에 영향을 미칩니다. 다섯째, 생물학적 시스템에서 혈액, 관절액, 세포질 등의 점도는 생리학적 기능과 밀접하게 관련됩니다. 이처럼 점도는 우리 생활 전반에 걸쳐 중요한 물리적 특성으로, 다양한 산업 분야에서 제품 개발과 공정 관리에 활용되고 있습니다.

• 6. 점도 변화 원리

  용액의 점도 변화는 용질 분자와 용매 분자 간의 상호작용 및 유체 유동 특성에 기인합니다. 일반적으로 용질 농도가 증가하면 용질 분자 간의 상호작용이 증가하여 점도가 높아집니다. 또한 용질 분자의 크기, 모양, 극성 등 물리화학적 특성도 점도에 영향을 미칩니다. 온도가 상승하면 분자 운동이 활발해져 점도가 감소하는데, 이는 분자 간 마찰력이 줄어들기 때문입니다. 압력 증가 시에는 분자 간 거리가 가까워져 점도가 증가하게 됩니다. 비뉴턴 유체의 경우 전단 속도에 따라 점도가 변화하는데, 이는 분자 배열 구조의 변화로 설명할 수 있습니다. 이처럼 용액의 점도 변화는 다양한 요인에 의해 복합적으로 발생하며, 이를 이해하는 것은 유체 공학, 화학 공정, 생물학 등 다양한 분야에서 매우 중요합니다.