[물리학실험] 컴퓨터를 사용한 측정, 온도의 변화 결과보고서 A+

소개

[물리학실험] 컴퓨터를 사용한 측정, 온도의 변화 결과보고서 A+

목차

[1] 측정값 및 분석
실험 1 (물속 냉각)
실험 2 (공기 중 자연냉각)
실험 3 (공기 중 강제냉각)
실험 4 (알코올 온도계, 공기 중 자연냉각)

[2] 결과 및 토의
1. 질문에 대한 토의
질문 1. 실험 1에서 최종 온도까지의 5% 이내로 들어오는 시간은 와 비교할 때 어느 정도 일치하는가? 1% 이내로 들어오는 시간은 와 비교하면 어떠한가? 이러한 관점에서 식 (3)의 근사는 만족스러운가?
질문 2. 물과 대기의 온도를 측정할 때 평형점에 도달하는 시간을 어떻게 비교하겠는가?
질문 3. 알코올 온도계와 이 실험에서 사용한 온도센서는 어느 것이 더 빨리 반응하는가? 시간상수는 온도계의 반응속도를 평가하는데 어떻게 유용한가?
질문 4. 반감기 T 를 시간상수 로 표시하는 식을 유도하여라.
질문 5. 식 3을 미분하여 온도변화율 의 식을 구하여라. 최대변화율은 어떻게 표현되는가? 이 식으로 계산한 값은 실험 1, 2, 3에서 측정한 최대변화율과 얼마나 잘 일치하는가?
2. 실험과정 및 결과에 대한 토의:
실험 1) 물속 냉각
실험 2) 공기 중 자연냉각
실험 3) 공기 중 강제냉각
실험 4) 알코올 온도계, 공기 중 자연냉각

[3] 전체적인 실험에 대한 고찰

참고문헌

본문내용

질문 1. 실험 1에서 최종 온도까지의 5% 이내로 들어오는 시간은 와 비교할 때 어느 정도 일치하는가? 1% 이내로 들어오는 시간은 와 비교하면 어떠한가? 이러한 관점에서 식 (3)의 근사는 만족스러운가?

실험 1에서 최종 온도까지의 5% 이내로 들어오는 시간은 환산시간으로 9.400초이다. 이때, 는 측정값이 평형 온도에서의 37% 이하일 때의 시간이므로, 실험 1 표에서 의 값, 즉 환산시간 기준으로 4.900초이다. 3는 14.700초이므로 9.400초와 비교하면 5.300초의 오차가 발생한다. 한편, 실험 1에서 최종 온도까지의 1% 이내로 들어오는 시간은 환산시간으로 13.600초이다. 마찬가지로 는 실험 1 표에서 의 값, 즉 환산시간 기준으로 4.900초이므로 5는 24.500초이다. 이를 13.600초와 비교하면 10.900초의 오차가 발생한다.
최고온도에서 최종온도까지의 시간이 26.600초인 것으로 보아, 이 둘의 오차 모두 꽤 큰 값임을 알 수 있다. 따라서 이러한 관점에서 볼 때 식 (3)은 복잡한 물체의 냉각 현상을 근사적으로 표현한 식이어서인지 실제 측정값과의 차이가 컸고, 식 (3)의 근사는 만족스럽지 않다고 생각한다.

질문 2. 물과 대기의 온도를 측정할 때 평형점에 도달하는 시간을 어떻게 비교하겠는가?

먼저 일정 온도까지 온도를 올려 물과 대기의 최고온도를 똑같이 만든다. 최고온도일 때의 시간을 라고 하고, 최고온도에서부터 냉각을 시키다가 그래프에서 더 이상 변화하지 않고 평형을 이루는 평형점에 도달했을 때의 시간을 측정하여 라고 한다. 이후, 물과 대기의 온도를 측정할 때 평형점에 도달하는 시간은 로 각각 구하여 비교하면 된다.

질문 3. 알코올 온도계와 이 실험에서 사용한 온도센서는 어느 것이 더 빨리 반응하는가? 시간상수는 온도계의 반응속도를 평가하는데 어떻게 유용한가?

알코올 온도계와 실험에서 사용한 온도센서의 반응속도를 확인하기 위해, 실험 2와 실험 4의 공기 중에서 자연냉각 시킬 경우, 최고온도에서 평형 온도의 37%에 도달하는 데까지의 환산시간을 확인해보았다.

참고자료

· 물리학실험 제12판, 아주대학교 출판부, p.21-24
· 행복한 지구 사람 [행복지구], 시간상수, https://happy8earth.tistory.com/432
· 네이버 블로그, 열전도율, https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=slcorpo&logNo=220717098944&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F