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단국대 A+ 일반물리학실험1 역학적에너지 보존 (단진자) 예비레포트

일반물리학실험1 예비레포트실험제목역학적 에너지 보존 (단진자)실험제목역학적 에너지 보존 (단진자)1. 실험목적역학적 에너지 보존법칙을 확인하기 위하여 단진자의 운동을 이용하여 퍼텐셜에너지와 운동에너지의 변화를 측정한다.2. 실험원리1) 역학적 에너지물체의 속력에 따라 결정되는 운동에너지와 물체의 위치에 따라 결정되는 위치에너지의 합.외부의 물리적 작용이 없을 때 운동에너지와 위치에너지의 합은 일정하게 유지된다.위치에너지가 운동에너지로, 또는 그 반대로 전환되기도 한다.예를 들어, 중력에 의해 위치에너지가 결정되는 계의 역학적 에너지는 다음과 같다.수식입니다.E _{역학적`} =E _{운동} +E _{위치} = sum _{i} ^{} {1} over {2} m _{i} v _{i}^{2} + sum _{i} ^{} m _{i} gh _{i}(수식입니다.m: 질량,수식입니다.v: 속력,수식입니다.g: 중력 가속도,수식입니다.h: 높이)2) 에너지 보존법칙닫힌 물리계에 작용하는 알짜힘이 0이면, 그 물리계의 총에너지는 시간에 따라 변하지 않고 일정하다는 법칙.이 법칙은 고립계의 총에너지는 시간에 따라 변하지 않고 일정하다고 표현되기도 한다. 어떤 물리계에서 에너지의 형태는 변화될 수 있지만 그 총량은 항상 일정하다.본 실험은 중력장 내에서의 진자의 운동으로 역학적 에너지가 보존되는가를 검토하는 것이다.물체가 힘을 받으면 그 힘에 비례하는 가속도로 운동하게 되는데, 이때 이 힘이 한 일은 물체의 운동에너지의 변화와 같다. 이것을 일-에너지 정리라 하고, 이때 다음과 같은 식이 성립한다.W``=` int _{x _{0}} ^{x} {F(x)`dx`=` {1} over {2} mv ^{2} - {1} over {2} mv _{0}^{2}} ``=`K-K _{0}……………(1)물체가 받는 합력F _{t}는 보존력 장에 의한 힘F _{c}와 마찰력과 같은 비 보존력F _{n}의 합F _{t} ``=`F _{c} +F _{n}으로 표시될 수 있으므로 일-에너지 정리로부터 다음 식들을 얻는다.int _{x _{0}} ^{x} {(F _{c} +F _{n} )dx`=`} K-K _{0}……………(2)int _{x _{0}} ^{x} {F _{n} `dx`=`} K-K _{0} - int _{x _{0}} ^{x} {F _{c} `dx`}……………(3)보존력에 대해서는 위치에너지를 다음과 같이 정의할 수 있다.U(x)``=`- int _{x _{0}} ^{x} {F _{c} (x)`dx``+U _{0}}……………(4)따라서 식 (4)를 식 (3)에 대입하면int _{x _{0}} ^{x} {F _{n} `dx`=`} K-K _{0} +(U-U _{0} )……………(5)가 되고, 만일 물체에 작용하는 힘이 보존력뿐이라면 (F _{n} =0)K-K _{0} +(U-U _{0} )`=`0또는K _{0} +U _{0} =K+U=`일정이다. 즉 보존력 장에서는 운동에너지와 위치에너지를 합한 총 에너지는 보존된다.그림 1. 단진자 실험장치[1]그림입니다.원본 그림의 이름: CLP00001b600001.bmp원본 그림의 크기: 가로 333pixel, 세로 414pixel진자를 높이 당겨 놓으면 가장 낮은 지점보다DELTA U```=`mg DELTA y만큼의 에너지가 증가한다. (g는 중력가속도,m은 그 물체의 질량)이 진자가 가장 낮은 지점에서는 운동에너지가 최대가 되며 그때의 운동에너지는{1} over {2} mv ^{2}이 된다.임의의 위치에서의 에너지는mg DELTA y+ {1} over {2} mv ^{2}이 된다.그림 1과 같이 진자의 추가 가장 낮은 지점에서 면도날에 의해 실이 끊겨 초속도v로 포물선 운동을 하게 되었을 때 포물선 운동을 한 수평거리를X, 높이를H, 그리고 진자가 지면에 도달하는데 걸린 시간을T라 하면 진자의 수평속도v와X,`H와의 관계는 다음과 같다.H``=` {1} over {2} gT ^{2},X```=`vTTHEREFORE `v``=`X` sqrt {{g} over {2H}}이 값으로 계산된 운동에너지{1} over {2} mv ^{2}값과 위치에너지 값mg DELTA y를 비교하여 에너지 보존법칙을 검토할 수 있다.3. 기구 및 장치스탠드, 면도날, 먹지, 방안지, 추(200~500g), 클램프, 가는 나일론 실, 자4. 실험방법(1)그림 1과 같이 실의 길이를 약 80cm 정도로 하여 한쪽 끝은 스탠드에 고정하고 다른 쪽 끝에는 500g의 추를 매달아 연결한다.(2)실이 연직 방향에 위치할 때 끊어지도록 면도날을 잘 맞추어 설치한다. 즉, 추의 퍼텐셜에너지가 모두 운동에너지로 전환될 때 실이 끊어져야 한다.(3)책상 아래 바닥에 방안지를 놓고 그 위에 먹지를 올려놓는다.(4)준비가 되었다면 추를 최하점에서 약 20cm 정도의 높이가 되도록 올린 후 놓는다.(5)면도날에 의해 끊어진 추는 처음 속력v _{0}로 수평 방향으로 던져진 물체의 경로를 따라 운동한다.(6)진자의 최저점에서 바닥까지의 높이를H, 연직방향에서 물체가 떨어진 지점까지의 거리를X라고 하면,H``=` {1} over {2} gT ^{2},X```=`v _{0} T이므로 처음 속력은v` _{0} `=`X` sqrt {{g} over {2H}}가 된다.(7)과정 (6)의 식을 이용하여 처음 속력을 구하고 이 값을 이용하여 추의 운동에너지를 계산한다.(8)과정 (7)의 계산 결과가 처음 퍼텐셜에너지mgh _{1}과 같은지 비교한다.(9)H와h _{1}을 변화시켜가면서 (1)~(8)의 실험과정을 반복한다.5. 참고문헌[1]일반물리학실험, 김연중 외 2인, 북스힐, 46p (2020)[2]https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3537139&cid=60217&categoryId=60217[3] https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3537145&cid=60217&categoryId=602176. 응용 분야에너지 보존법칙은 다양한 분야에서 응용되고 있다. 증기기관에서는 수증기 분자의 '열에너지'가 터빈의 '운동에너지'로 바뀐다. 수력발전소에서는 물의 '위치에너지'가 터빈의 '운동에너지'로, '운동에너지'가 다시 발전기를 거쳐 '전기에너지'로 바뀐다. 반면 전동기에서는 '전기에너지'가 '운동에너지'로 바뀐다. 이때 전환 전의 에너지의 총량은 전환 후의 에너지의 총량과 같다. 하지만 실제 전환과정에서는 마찰이나 저항에 의한 열이나 소리가 발생하게 된다. 전동기의 예를 들었을 때, 전기에너지의 총량과 운동에너지의 총량을 비교하면 운동에너지의 크기가 항상 작게 산출되는데, 이때 운동에너지에 모터에서는 나는 소리, 열 등의 에너지를 모두 합하면 처음의 전기에너지의 총량과 같아진다.또한 밥을 먹고 몸을 움직여 음식물이 가진 화학에너지를 우리 몸에 ATP라는 또 다른 형태의 화학에너지로 전환되어 이 에너지가 우리 몸의 근육들을 움직이는 근육에너지로 바뀌면서 기초 신진대사를 비롯한 여러 신체활동이 일어나는데에도 에너지 보존 법칙이 응용된다.놀이기구에서도 응용되고 있는데, 롤러코스터는 위치에너지와 운동에너지가 서로 전환되면서 동력없이 계속 운동할 수 있다. 바이킹은 단진자 운동을 응용한 것인데, 단진자 운동 역시 역학적 에너지 보존 원리로 설명된다.자동차나 오토바이도 화석연료를 태워 화학에너지를 열에너지로 바꾸고 이 열에너지는 기체를 팽창시켜 엔진을 움직이는 운동에너지로 바뀌고, 자동ㅊ와 오토바이의 바퀴가 돌아가며 앞으로 나아가게 된다.일반물리학실험1 예비레포트실험제목1. 실험목적역학적 에너지 보존법칙을 확인하기 위하여 단진자의 운동을 이용하여 퍼텐셜에너지와 운동에너지의 변화를 측정한다.

공학/기술| 2025.03.17| 5페이지| 2,500원| 조회(130)

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단국대 A+ 일반물리학실험1 정지마찰계수 예비레포트

일반물리학실험1 예비레포트실험제목정지마찰계수의 측정실험제목정지마찰계수의 측정1. 실험목적두 물체의 표면 사이에 마찰력 현상을 분석하여, 수직항력, 접촉면의 재질, 접촉면적과의 관계에 대해 알아본다. 특히 정지마찰계수를 측정한다.2. 실험원리1) 마찰력접촉하고 있는 두 물체 사이의 상대적인 움직임을 방해하는 힘.보통수식입니다.f로 표현한다.마찰력은 항상 물체의 운동 방향과 반대 방향으로 작용하며, 작용· 반작용에 의한 상호 작용력이다.그림입니다.원본 그림의 이름: CLP00000d5c0001.bmp원본 그림의 크기: 가로 429pixel, 세로 238pixel그림1. 마찰력 [2]F=μN(F 는 마찰력, μ는 마찰 계수, N은 수직 항력)마찰력의 크기는 물체와 표면의 접촉상태에 따라 달라지는데 이 표면에 따른 비례상수를‘마찰계수’라 하며수식입니다.mu로 표현한다.물체가 접촉면을 누르는 수직항력에 비례한다.정지마찰력(수식입니다.f _{s})외력이 작용하는 경우 두 고체면 사이 상대적인 움직임이 없도록 접촉면에 나란한 방향으로 두 고체면 사이에 작용하는 힘. 이러한 수평면 위에 놓인 물체가 수평 방향으로 작용하는 힘을 계속 증가시켜 주면 어느 순간 움직이는데, 물체가 움직이는 순간 작용한 마찰력을‘최대정지마찰력’이라고 한다.운동 마찰력(수식입니다.f _{k})최대정지마찰력을 넘고 물체가 운동을 시작하게 되면 물체의 속도와 상관없이 일정한 마찰력이 작용하는데 이때 작용하는 마찰력.그림2. 정지마찰력과 운동마찰력 [3]그림입니다.원본 그림의 이름: CLP00003ac88170.bmp원본 그림의 크기: 가로 299pixel, 세로 169pixel다음 그림 2는 정지마찰력과 운동마찰력에 관한 그래프이다.수식입니다.f _{s} LEQ mu _{s} N수식입니다.f _{k} = mu _{k} N최대 정지 마찰력이 운동마찰력보다 크다. 따라서 정지마찰계수가 운동마찰계수보다 크다는 것을 알 수 있다.2)거친 빗면에 놓인 물체의 정지마찰력그림입니다.원본 그림의 이름: image1.png원본 그림의 크기: 가로 654pixel, 세로 398pixel그림3.거친 빗면에 놓인 물체의 정지마찰력 [1]그림3에서 빗면의 기울기를수식입니다.theta라 할 때 질량수식입니다.m의 물체에 작용하는 중력수식입니다.mg는 빗면에 평행한 성분인수식입니다.mgsin theta와 물체가 면으로부터 면에 수직한 방향으로 받는 힘으로 물체가 면에 작용하는 힘에 대한 반작용을‘수직항력이라 한다.이때 수직항력 성분인수식입니다.mgcos theta로 분해할 수 있다.위 그림에서 빗면에 평행한 방향을수식입니다.x축, 빗면에 수직인 방향을수식입니다.y축으로 놓으면 물체가 정지하고 있을 때수식입니다.F=ma이고수식입니다.F _{g} =mg이므로 다음과 같이 쓸 수 있다.수식입니다.LEFT { eqalign{SIGMA F _{x} =mgsin theta -f _{s} =0#SIGMA F _{y} =N-mgcos theta =0} RIGHT }수직항력은수식입니다.N=mgcos theta가 되므로 마찰력은수식입니다.f _{s} =mgsin theta = mu _{s} N= mu _{s} mgcos theta.이 식을 정리하면수식입니다.mg= {N} over {cos theta }이므로수식입니다.f _{s} =mgsin theta = {N} over {cos theta } sin theta =Ntan theta따라서수식입니다.f _{s} = mu _{s} N=tan theta N이므로 정지마찰계수는 다음과 같이 결정할 수 있다.수식입니다.mu _{s} =tan theta _{c}(단,수식입니다.theta _{c}는 임계각)수식입니다.theta가 증가할수록 빗면에 평행한 성분인수식입니다.mgsin theta가 커지게 되는데 최대정지마찰력이 결정되는 임계각수식입니다.theta _{c}로 정지마찰계수를 결정한다.3. 기구 및 장치경사면장치, 시료 3종(나무, 금속, 플라스틱), 추세트, 저울4. 실험방법(1) 경사면 장치의 각도를 조절하여 수평으로 맞춘다.(2) 넓은 나무토막 시료의 질량을 측정 후 넓은 면이 경사면에 접촉하도록 경사면 장치의 오른쪽 끝 부분에 놓는다.(3) 경사면 장치의 손잡이를 돌려 천천히 경사면의 각도를 증가시키면서 나무토막이 미끄러지기 직전의 각도를 측정한다.(4) 다시 경사면 장치를 수평에 가깝게 각도를 낮춘 후 좁은 나무토막 시료의 질량을 측정한 후 (2),(3)을 반복한다. 만약 질량이 넓은 나무토막 시료와 다르다면 추를 얹어서 같은 질량으로 맞춘다.(5) 넓은 나무토막 시료와 좁은 나무토막 시료에 100g 이상의 추를 얹은 후 실험을 반복한다. 이는 물체의 질량에 따른 정지마찰계수의 변화를 알아보는 과정이다.(6) 같은 방법으로 금속과 플라스틱 시료에 대해서 (1) ~ (5)의 실험과정을 반복한다.(7)두 물체 사이에 작용하는 정지 마찰력은 두 물체 사이에 작용하는 수직항력, 접촉면적, 접촉 재질과 어떤 관계가 있는지 알아본다.5. 참고문헌[1]일반물리학실험, 김연중 외 2인, 북스힐, 46p (2020)[2]https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3537006&cid=60217&categoryId=60217[3]https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3537250&cid=60217&categoryId=60217[4]0https://terms.naver.com/entry.naver?docId=411357&cid=42327&categoryId=42327;1;0;0;https://terms.naver.com/entry.naver?docId=411357&cid=42327&categoryId=42327HWPHYPERLINK_TYPE_URLHWPHYPERLINK_TARGET_BOOKMARKHWPHYPERLINK_JUMP_CURRENTTABhttps://terms.naver.com/entry.naver?docId=411357&cid=42327&categoryId=423276. 응용분야마찰력은 우리 실생활에서도 다양하게 흔히 적용된다. 스케이트, 미끄럼틀, 산악용 운동화 등은 마찰력을 크거나 작게 하여 편리하게 해준다. 타이어에도 마찰력이 응용되는데, 트레드라고 불리는 타이어의 표면 홈과 노면 사이에 생기는 마찰력에 의해 차량이 주행 또는 정지가 가능한 것이다. 이외에도 타이어는 노면의 요철로부터 받는 충격을 완화하는 역할을 수행할 뿐만 아니라, 노면 간에 생기는 마찰력으로 자동차의 방향까지 전환한다. 다시 말해 타이어의 마찰력을 이용하여 운행 중 발생할 수 있는 최소한의 안전 문제를 책임진다.일반물리학실험1 예비레포트실험제목< 정지마찰계수의 측정>1. 실험목적두 물체의 표면 사이에 마찰력 현상을 분석하여, 수직항력, 접촉면의 재질, 접촉면적과의 관계에 대해 알아본다. 특히 정지마찰계수를 측정한다.2. 실험원리1) 마찰력접촉하고 있는 두 물체 사이의 상대적인 움직임을 방해하는 힘.보통 로 표현한다.마찰력은 항상 물체의 운동 방향과 반대 방향으로 작용하며, 작용· 반작용에 의한 상호 작용력이다.

공학/기술| 2025.03.17| 5페이지| 2,500원| 조회(102)

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단국대 A+ 일반물리학실험1 힘의 합성과 평형 예비레포트

일반물리학실험1 예비레포트실험제목힘의 합성과 평형실험제목힘의 평형과 합성1. 실험목적힘평형장치를 이용하여 여러 힘들의 평형이 되는 조건을 확인한다. 또 벡터량인 힘의 분해와 합성에 대해서 알아본다.2. 실험원리1) 힘의 평형그림입니다.원본 그림의 이름: CLP000053440001.bmp원본 그림의 크기: 가로 584pixel, 세로 339pixel그림1. 세 힘의 평형 [2]어떤 물체에 여러 가지 힘이 작용하는 경우 작용하는 모든 힘의 벡터 합인 알짜 힘이 0인 경우 힘의 평형이 이루어진 상태라고 말한다.물체에 작용하는 알짜힘이 0이면, 물체의 질량중심이 정지 상태이거나 등속도 운동을 하며, 질량중심이 아닌 부분은 가속 운동을 할 수도 있다.역학적 평형상태: 물체에 작용하는 알짜힘과 알짜돌림힘이 모두 0이어서, 질량 중 심의 병진운동 가속도와 질량중심을 기준으로 한 회전운동의 가 속도가 0인 상태.∑τ 〓 0정적 평형상태: 특별히 물체가 병진운동이나 회전운동을 전혀 하지 않게 되는 경우∑F 〓 0여러 힘을 받는 물체가 평형상태에 있으려면 두 평형상태를 만족해야 하지만 본 실험에서는 한 입장에 작용하는 세 힘의 평형을 생각하므로 정적 평형상태 조건만 만족하면 된다.2) 힘의 합성힘은 벡터량이므로 힘의 평형 조건은 벡터의 분해와 합성으로 구할 수 있다. 벡터의 합성에는 작도법과 해석법을 사용하여 적용할 수 있다.작도법그림입니다.원본 그림의 이름: CLP000053440002.bmp원본 그림의 크기: 가로 532pixel, 세로 316pixel그림2 작도법 [1]두 힘을 합성할 경우, 두 벡터를 한 쌍의 변으로 하는 평행사변형을 그려서 구하는 평행사변형법이 있다.이 평행사변형의 대각선 벡터는 두 벡터의 합으로서 크기 및 방향을 나타낸다.두 개 이상의 힘을 합성할 경우에는 다각형법을 이용하여 합력을 구한다.해석법두 벡터의 합은 sine과 cosine의 삼각법칙을 이용하여 해석적으로 구할 수 있다.수식입니다.{vec{A}}와수식입니다.{vec{B}}가 이루는 각을 θ라고 할 때수식입니다.｜ {vec{A}} + {vec{B}} ｜= sqrt {(｜ {vec{A}} ｜+｜ {vec{B}} ｜cos theta ) ^{2} +(｜ {vec{B}} ｜sin theta ) ^{2}}#수식입니다.= sqrt {｜ {vec{A}} ｜ ^{2} +｜ {vec{B}} ｜ ^{2} +2｜ {vec{A}} ｜｜ {vec{B}} ｜cos theta }#다음과 같이 되며 주어진 각 θ 는수식입니다.tan theta = {｜ {vec{B}} ｜sin theta } over {｜ {vec{A}} ｜+｜ {vec{B}} ｜cos theta }가 된다.수식입니다.{vec{C}} =-( {vec{A}} + {vec{B}} )이어야 두 힘 A, B와 또 하나의 힘 C가 평형을 이룬다.따라서 앞에서 구한 두 힘의 합과수식입니다.{vec{C}}는 서로 크기는 같고 방향이 반대인 힘이다.세 힘이 평형상태에 있다면 이들 각각 힘의 크기와 그 사이의 각은 다음과 같은 관계식을 만족한다.수식입니다.{A} over {sin theta _{a}} = {B} over {sin theta _{b}} = {C} over {sin theta _{c}}3. 기구 및 장치힘평형장치(그림2), 추, 그래프용지, 수평계4. 실험방법(1) 수평계를 이용하여 힘 평형장치가 수평이 되도록 아랫부분의 수평 조절나사를 돌려 맞춘다.(2) 추를 추걸이에 올려놓기 전에 도르래의 회전축이 원판과 평행이 되도록 고정 시켜 도르래가 마찰 없이 부드럽게 움직이는지 확인한다.(3) 추 ma와 mb를 추걸이에 올려놓고 적당한 각도를 유지 시키며 나머지 추걸이에 추 mc를 올리고 각도를 조절하며 평행상태가 되도록 맞춘다.(4) 평형상태를 확인하기 위해서 중간의 고리를 살짝 들었다 놓아서 고리가 다시 중간에 위치하는지 확인한다.(5) 평형상태가 유지되면 추의 질량과 각도 a , b , c 를 기록한다.(6) 과정 (3)~(5)와 같은 실험을 추의 질량과 각도를 변수로 두고 반복한다.5. 참고문헌[1]일반물리학실험, 김연중 외 2인, 북스힐, 46p (2020)[2]0https://terms.naver.com/entry.naver?docId=4389998&cid=60217&categoryId=60217;1;0;0;https://terms.naver.com/entry.naver?docId=4389998&cid=60217&categoryId=60217HWPHYPERLINK_TYPE_URLHWPHYPERLINK_TARGET_BOOKMARKHWPHYPERLINK_JUMP_CURRENTTABhttps://terms.naver.com/entry.naver?docId=4389998&cid=60217&categoryId=60217[3]https://terms.naver.com/entry.naver?docId=2117634&cid=47338&categoryId=47338#TABLE_OF_CONTENT8[4]0https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1081113&cid=40942&categoryId=32206;1;0;0;https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1081113&cid=40942&categoryId=32206HWPHYPERLINK_TYPE_URLHWPHYPERLINK_TARGET_BOOKMARKHWPHYPERLINK_JUMP_CURRENTTABhttps://terms.naver.com/entry.naver?docId=1081113&cid=40942&categoryId=322066. 응용분야힘의 평형상태를 분석하면 많은 분야에 응용할 수 있다. 특히 건축학에서는 평형 상태에 관한 해석이 매우 중요하다. 구조물이 안정적으로 유지되는 것도 바로 이 힘의 평형을 이용한 것이다. 예를 들어 아치형 다리가 있다. 아치형 다리에서 작용하는 힘의 합력과 중력은 평형을 이룬다. 따라서 기둥이 단단하게 고정되어야 한다.이와 같이 교량, 댐 등 사회 기반 시설 건설 시 힘의 합력을 통한 안전한 설계 각도 계산에 응용된다.일반물리학실험1 예비레포트실험제목1. 실험목적힘평형장치를 이용하여 여러 힘들의 평형이 되는 조건을 확인한다. 또 벡터량인 힘의 분해와 합성에 대해서 알아본다.2. 실험원리1) 힘의 평형그림1. 세 힘의 평형 [2]어떤 물체에 여러 가지 힘이 작용하는 경우 작용하는 모든 힘의 벡터 합인 알짜 힘이 0인 경우 힘의 평형이 이루어진 상태라고 말한다.물체에 작용하는 알짜힘이 0이면, 물체의 질량중심이 정지 상태이거나 등속도 운동을 하며, 질량중심이 아닌 부분은 가속 운동을 할 수도 있다.

공학/기술| 2025.03.17| 5페이지| 2,500원| 조회(113)

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단국대 A+ 중합공학실험 중공실2 에폭시합성 결레

< Synthesis of Epoxy resin >결과 레포트1. 실험원리▶경화 메커니즘→무수프탈산을 이용한 경화 메커니즘무수프탈산이 산 무수물내에 존재하는 AR-C-O-C를 깨고 형성된 Epoxy 반복단위 내부에 존재하는 HO-CH에 침투하여 중간체를 이룸.그림입니다.과정을 통해 생성된 중간체가 Epoxy ring을 개환하며 가교반응이 진행됨.그림입니다.2.실험 결과그림입니다.원본 그림의 이름: KakaoTalk_20231003_183457943.jpg원본 그림의 크기: 가로 1058pixel, 세로 1411pixel그림입니다.원본 그림의 이름: KakaoTalk_20231003_183447783_01.jpg원본 그림의 크기: 가로 1050pixel, 세로 1400pixel[그림1. 경화 전 에폭시] [그림2. 경화 후 에폭시]0.075mol의 비스페놀A와 0.075mol의 에피클로로하이드린을 이용하여 Epoxy를 합성하였다. 비스페놀A와 에피클로로하이드린은 1:2의 몰비로 반응→ 에피클로로하이드린이 한계 반응물→ 0.0375mol의 diEpoxy 생성.→이후 다음 반응에서 잔존하는 비스페놀 A 0.0375mol과 diEpoxy 0.0375mol이 반응하여 Epoxy resin을 형성함.즉 [그림 1]의 결과물을 건조 한 뒤 이를 다시 가열하여 가교제를 첨가 후 경화를 진행하여 crosslinked된 에폭시를 얻었다.비스페놀A 밀도: 1.2g/cm2, 분자량: 228.29g/mol →0.02몰=4.5658gEpicbrohydrin 밀도: 1.18g/cm2, 분자량: 92.52g/mol →0.0314몰=2.9051g▶IR가교 전 Epoxy전반적으로 Chemical Structure를 토대로 예측한 Peak table과 유사하다.그림입니다.원본 그림의 이름: CLP000032e00009.bmp원본 그림의 크기: 가로 544pixel, 세로 334pixel그림입니다.원본 그림의 이름: KakaoTalk_20181105_215229284.png원본 그림의 크기: 가로 742pixel, 세로 85pixelAbsorption BandStretchingA약 3570수식입니다.cm ^{-1}~3490수식입니다.cm ^{-1}-OHB약 2900수식입니다.cm ^{-1}C-H(수식입니다.SP ^{3})C약 1610수식입니다.cm ^{-1}~1590수식입니다.cm ^{-1}C-C(benzene)D약 1450수식입니다.cm ^{-1}aliphatic C-H deformationE약 1300수식입니다.cm ^{-1}C-O StretchingF약 900수식입니다.cm ^{-1}Oxirane ring epoxideG약 850수식입니다.cm ^{-1}~800수식입니다.cm ^{-1}C-C-H(수식입니다.SP ^{2})그림입니다.원본 그림의 이름: CLP00002be00001.bmp원본 그림의 크기: 가로 566pixel, 세로 348pixel가교 후 Epoxy가교가 100% 다 진행되었다면 기존 IR에서 관찰되었던 Oxriane ring은 관찰되지 않음.하지만 관찰된 것을 통해 가교가 100% 진행되지 않은 상태에서 반응을 종결시켰음을 알 수 있음.표시된 곳에서 C-N Peak : 경화 메커니즘에 따라 N,N-dimethylamine 촉매가 산 무수물의 고리를 열어 N-C결합을 이루고 산 무수물과 N,N-dimethylamine 촉매가 결합한 상태로 Epoxy의 oxirane ring을 열어 경화를 이루기 때문에 나타남.▶TGA그림입니다.원본 그림의 이름: CLP00002be00002.bmp원본 그림의 크기: 가로 478pixel, 세로 272pixel경화 전 epoxy 경화 후 epoxy그림입니다.원본 그림의 이름: CLP00002be00003.bmp원본 그림의 크기: 가로 506pixel, 세로 266pixelTGA Graph에서 전체 시료양의 95%에 해당하는 지점을 일반적으로수식입니다.T _{d}로 정함.→수식입니다.T _{d}= 약 260수식입니다.CENTIGRADE약 240수식입니다.CENTIGRADE: 미처 가교되지 않은 Epoxy가분해되는 구간.약 380수식입니다.CENTIGRADE:경화반응을 통해 Crosslinking된 Epoxy들이 분해(기울기 감소 폭 변화)→수식입니다.T _{d}: 약 380수식입니다.CENTIGRADE구간에 위치 함.약 100수식입니다.CENTIGRADE구간에서 무게 감소X→수분 및 휘발성 용매에 대한 건조는 잘 이루어짐.▶DSC그림입니다.원본 그림의 이름: CLP00002be00006.bmp원본 그림의 크기: 가로 491pixel, 세로 309pixel그림입니다.원본 그림의 이름: CLP00002be00005.bmp원본 그림의 크기: 가로 594pixel, 세로 349pixelTg:35~40수식입니다.CENTIGRADE부근 Tg:30~35수식입니다.CENTIGRADE부근DSC 그래프 y축 아래방향 기준 음의 방향: 흡열, 양의 방향: 발열엔탈피가 급격하게 감소하기 시작하는 구간의 시작과 끝의 평균지점: 유리전이온도DSC 분석 결과에서도 일반적으로 가교 전 Epoxy의 경우 약 35~ 40수식입니다.CENTIGRADE부근에서 Tg가 형성 되는 것으로 보아 가교가 올바르게 진행되지 않았다 판단됨.Epoxy의 경우 무정형 수지→ 결정형에서 관측되는 Tc, Tm은 관측되지 않음.Crosslinking이 진행되어 가지 형태와 유사한 구조를 나타냄→ Packing 어려움→결정형 X또한 위 DSC graph는 2차 승온구간의 data 일부를 나타냄.이는 물질의 열 이력을 제거하기 위한 1차 승온구간을 배제하고 물질 본연의 성질을 좀 더 잘 관찰할 수 있는 구간의 data만을 관찰하기 위함.3. 고찰중합 후 플라스크에서 꺼낼 때 점성이 높아 결과물들을 모두 다 수득하지 못한 채로 알루미늄 접시에 담은 후 호일로 덮어 상온 건조하였다. 이과정에서 오차가 발생했을 수 있다.이후 1g의 에폭시를 120도로 온도를 유지하여 경화 반응을 진행했다. 30분도 안되어 점성이 생겨 경화반응을 중단하였다. 이 과정에서도 경화가 제대로 진행되지 않아 오차가 발생했을 것이다.하지만 빠른 시간 내에 반응이 진행되었으므로 경화는 100%까지는 아니더라도 어느정도 형성되었을 것이다.IR 그래프를 통해 경화 전과 비교해보면 경화 후 Oxirane ring peak가 모두 사라지지 않았다. 이는 경화가 100% 진행되지 않아 경화 site인 Oxirane ring이 남아 있는 것으로 알 수 있다. 하지만 DSC와 TGA를 통하여 유리전이 온도와 분해온도를 측정한 결과 경화 전 Epoxy resin과 Tg와 Td값이 유사했다. 이를 통해 경화완료 전에 이미 반응물이 높은 온도로 인해 타버렸다 추측할 수 있다.Disscusion1▶에폭시가 측정 실험을 진행하지 않아 고찰은 생략함.Disscusion2▶에폭시 수지의 경화 매커니즘에 대해 알아본다.크게 두가지의 메커니즘으로 구분됨.1)A. Fischer’s Mechanism그림입니다.무수프탈산과 tertiary amin이 촉매로 사용됨촉매와 경화제가 먼저 만나 양쪽성 이온 Zwitter ion을 형성하고 이 양쪽성 이온들이 Epoxy ring과 만나 경화 반응을 일으킴.2) Okaya ＆ Takana’s Mechanism그림입니다.Oxirane ring과 tertiary amine 촉매가 먼저 반응하여 양쪽성 이온을 만들고 이들이 무수 프탈산과 반응하여 가교 다리를 형성하는 반응.4.출처『단국대학교 중합공합실험2 (김응건 교수님)』, 2020.구병진, 「IR 분석」, 『단국대학교 고분자기기분석1 수업』, 2020.부산대학교 고분자공학과 고분자 미세구조 설계 합성 연구실, “Epoxy Resin”,http://mslab.polymer.pusan.ac.kr/sub4/index.html한국폴리텍대학, “에폭시 수지”, https://www.kopo.ac.kr/intro.do박수진 외 3명, 「Diglycidylether of Bisphenol-S 에폭시 수지의 합성 및 경화거동에 관한 연구」, 『Polymer (Korea), Vol 26, No. 4』, pp 501~507, 2002.< Synthesis of Epoxy resin >결과 레포트1. 실험원리▶경화 메커니즘

공학/기술| 2024.10.21| 5페이지| 2,500원| 조회(111)

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단국대 A+ 고분자재료설계 고재설 파트2 레포트

1.개요고분자 고차 구조는 대부분의 고분자 집합체가 다양한 목적과 기능을 수행하기 위해 저차구조들의 자가조립을 통해 거대한 집합체 구조를 형성하는 것으로, 고분자 blend와 block copolymer로 구분할 수 있다.고분자 blend는 서로 다른 고분자들의 화합물로, 고분자들끼리는 적절한 온도에 도달하면 단량체 간의 교환에너지가 친화적이지 않아 서로 잘 섞이지않는다. 따라서 Blend는 섞이지 않은 혼합물이므로 시스템 전체에서 상분리가 일어나 mm 단위의 큰 상분리가 일어난다.block copolymer는 두 종류 이상의 단량체들이 block단위로 형성된 고분자로, 블록 간에 비상호작용을 하여 nm 단위로 미세 상분리가 일어나 고분자의 다양한 나노 morphology가 나타난다.Part 2의 목적은 고분자 시스템의 고차 구조 중 공중합체를 설계하고 고분자의 상분리 위상과 거동을 고찰하는 것이다. 이에 따라 task1에서는 고분자 혼합물의 상분리 클라우드 포인트 계산 코드를 통해binodal과 spinodal 곡선을 이용하여고분자의 상도(phase diagram)을 구하고, 단일 또는 이중 상 조건을 찾고 혼합물의 큰 상 거동에 대한 단량체 대 분자 비친화 에너지의 영향과 역할을 설계하였다.Task2에서는 제작된 블록공중합체 고차 구조의 설계 코드를 이용하여 단량체와 분자, 비친화 에너지를 포함한 다양한 형태의 고분자 나노 구조를 설계하였다. 형성되는 도메인의 크기와 형태는 조성비에 따라 달라는 것을 이용하여 설계 조건으로 설정하여 큐빅, 실린더, 라멜라 등을 포함한 다양한 구조를 MS 프로그램으로 시각화하여 분석해보았다.2. 이론 배경2-1. 고차 구조와 블록공중합체고분자의 고차구조는 자연적 혹은 인공적으로 존재하는 고분자의 집찹체가 다양한 목적과 기능을 위해 저차 구조들의 자가조립으로 형성한 거대한 집합체 구조를 말한다. 본 설계에서는 고차구조 중 블록공중합체에 관하여 진행하였다. 블록공중합체는 화학적으로 구분되는 단량체 단위가 중합체 사슬을 따라 개별 블록으로 구성되는 공중합체이다. 블록들간에 서로 공유결합으로 연결되어있으며, 2개 이상의 단량체로 이루어져있다.블록공중합체는 블록간의 비친화로 인해 상분리 현상이 나타난다. 이로 인해 다양한 형태학을 보이며, 여러 산업 분야에서 응용가능하다.2-2. 고분자 blend고분자의 혼합은 다음과 같은 열역학 관계식을 따른다.수식입니다.{{G}} _ {{m}} {=} {{}{H}} _ {{m}} {-}{T}{} {{S}} _ {{m}}여기서수식입니다.TRIANGLE G _{m}

자연과학| 2024.10.21| 10페이지| 7,000원| 조회(154)

단국대, 고분자재료설계, 고재설

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