선팽창 계수 측정

소개

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목차

1. 실험 목적
2. 이론
(1) 열 팽창
(2) 위치 에너지
3. 실험 기구 및 장치
4 . 실험 방법
(1) 장비 설치 방법
(2) 시료의 설치
(3) 디지털 온도계와 온도 센서의 연결
(4) 증기 발생기의 설치 및 호스 연결
(5) 다이얼 게이지의 설치
(6) 시료의 설치
※주의 사항※
5 . 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적
- 금속의 온도에 따른 선팽창 계수를 측정한다.
2. 이론
(1) 열 팽창 James F. Shackelford. Introduction to material science for engineers. 5th. Chapter 7.2
온도증가는 재료내 비교적 큰 열진동을 일으키고 인접 원자 사이의 평균거리를 증가시킨다.
(그림1). 일반적으로 주어진 방향에서 재료의 전체크기 L은 온도 T 증가에 따라 증가할 것이다.
이것은 다음 식과 같이 선열팽창계수(linear coefficient of thermal expansion) 로 표현할 수
있다.
여기서 의 단위는 mm/(mm C) 이다.
세라믹과 유리의 열팽창계수는 일반적으로 금속보다 작고 금속은 중합체보다 작다. 이 차이는 그림 1의 에너지골의 비대칭성과 관계있다. 세라믹과 유리는 일반적으로 이온 결합 및 공유결합과 관련하여 에너지골(즉, 비교적 높은 결합에너지)이 깊다. 그 결과 에너지골이 비교적 대칭적이되고, 또한 그림1(b)에 보인 것과 같이 온도증가에 따라 원자간 거리가 상대적으로 덜 증가한다.
탄성계수는 골의 바닥 부근 결합 에너지 곡선의 도함수에 관계한다. 그리고 에너지골이 깊을수록 도함수 값은 더 크고 따라서 탄성계수가 커진다. 더구나 에너지골이 비교적 깊은 것과 관련하여 결합강도가 강하면 용융온도가 비교적 높다.
열팽창계수 그 자체는 온도의 함수이다. 넓은 온도범위에 걸쳐 몇몇 보통 세라믹 재료의 선열팽창계수의 변화를 그림2 에 도시하였다.
(2) 위치 에너지 Arthur Beiser. Concepts of Moder Physics. 6th edition. Chapter 8.7
분자가 충분히 들띄워지면 회전할 수 있을 뿐만 아니라 진동할 수도 있다. 그림3에 핵 간의 거리R에 따른 이원자 분자의 퍼텐셜 에너지의 변화를 나타내었다. 정상적인 분자 배치에 해당하는 퍼텐셜 에너지의 최소값 근처에서 이 곡선의 모양은 거의 포물선과 같다. 그러므로 이 영역에서이며, 는 분자의 평행 상태에서의 핵간 거리이다. 이러한 퍼텐셜 에너지를 주는 원자 사이의 힘은 U를 미분하면 얻을 수 있다.

참고자료

· [1] Arthur Beiser. Concepts of Moder Physics. 6th edition. McGraw-Hill. 2003
· [2] James F. Shackelford. Introduction to material science for engineers. 5th Edition
· Prentice Hall, INC. 2000