[화학과 물리화학 실험] Dipolemoment(쌍극자 모멘트) capacitor

소개

3. 실험목적
축전기의 전기용량과 유전체의 유전율을 측정한다. variable-capacitance dielectric cell을 이용해 측정한 값들로 water, 혼합물, 에탄올의 전기용량을 구할 수 있다(겹쳤을 때와 겹치지 않았을때를 비교)
4. 실 험 이 론
① 쌍극자모멘트 [dipole moment]
1) Dipole moment
쌍극자 (이중극자, 이극자) 사이의 세기와 거리를 곱한 것을 말한다. 쌍극자, 이중극자 모멘트 이극자 모멘트라고도 한다. 크기가 같은 양(+)과 음(-) 두 극이 아주 가까운 거리를 두고 마주하고 있을 때 이 두 극을 쌍극자라고 하는데, 이 때 두 극의 세기와 거리를 곱한 것을 쌍극자모멘트라고 한다. 이것은 방향을 고려하여 음극에서 양극으로 향하는 벡터로서 나타낸다. 양 ·음의 전하로 구성되는 쌍극자에 의한 전기쌍극자모멘트와, 자기쌍극자에 의한 자기쌍극자모멘트가 있다. 한 분자의 음전하 무게중심과 양전하의 무게중심이 정확히 일치되지 않으면 쌍극자모멘트를 갖게 된다. 전기장 하에서 모든 분자들은 일그러진 편극(distortion polarization)이 발생하기 때문에 유도된 쌍극자모멘트 (전기장 방향과 거의 평행하도록 정렬된다)를 갖는다. 원자에 외부전기장을 작용시키면 전기쌍극자는 그 전자의 분포가 편재하게 된다. 물 ·암모니아 ·염화수소와 같은 종류의 분자는 외부전기장의 작용 없이도 전기쌍극자를 가지기도 하는데, 이들을 유극분자라고 한다. 유극분자의 쌍극자모멘트는 10-18 CGSesu (CGS정전기단위) 정도가 가장 많으며, 보통 단위 D (디바이:CGSesu 또는 가우스단위의 l0-18배)를 사용하여 나타낸다. 자기쌍극자는 작은 자석이나 작은 환상전류를 비롯하여 전자, 양성자, 중성자 등 소립자나 원자핵, 원자, 분자 등으로 알려져 있으며, 큰 자석 또는 보통 자성체는 자기쌍극자의 집합으로 간주하고 있다.

목차

실험2)
dipole moment of polar Molecules in solution
1. 실험일
2. 실험조원
3. 실험목적
4. 실 험 이 론
5.실험 기구
6. 실험방법
7. 결과분석
▶ Data
▶ DATA 처리에 필요한 정보
▶전기용량

본문내용

6. 실험방법
① 브릿지에 기준 축전기를 연결하여 전기용량을 측정한다. 먼저 capacitor 통에서 한 가지 capacitor를 골라 사용한 capacitor는 103라고 쓰여 있는 capacitor로 이 숫자의 의미는 로 10000pF를 의미한다. 이 capacitor를 브릿지에 연결하여 측정해본 결과 우리가 읽은 값과 같았다. ( 축전기 양다리를 브릿지에 끼우고 전원을 누른뒤 OSC Level에 있는 버튼을 돌려 눈금이 갑자기 확 변하는 부분을찾고 눈금을 4~5사이에있게 한 후, LRC의 버튼을 돌려 바들을 0쪽으로 가게한다. 이때 각 숫자를 조합하여 MULTIPLER에 있는 숫자와 연산을 해 주면 용량을 확인할 수 있다.)
②이 capacitor를 reference로 사용해 아래 회로도와 같이 cell capacitor등을 breadboard를 이용해 연결하고, power supply로 Function generator를 사용해 전압측정기로 전압을 측정했다.(Function generator를 빵판에 In put 으로 연결하고, 기준 축전기를 연결하고 평행판 축전기를 cell로 연결한다.)
③ 전압계를 out put으로 연결한다.
④ 물과 에탄올을 혼합한 후 평행판 축전기에 접촉시켜 전압을 측정한다 (이 때 cell capacitor 안에 들어갈 용액으로 먼저 순수한 water, water : ethanol 부피비가 1:1일 때, 1:3 일 때, 그리고 순수한 ethanol일 때로 바꿔가면서 cell capacitor의 각 판들이 겹쳐졌을 때의 전압을 측정한다)

참고자료

· Paul E. Tippens, 일반 물리학, 1st edition, 한올 출판사, pp. 629-637.