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[단국대]음이온의 분석보고서 A+ (일반화학실험)

Chapter 7. 음이온의 분석-결과 레포트-제목: 음이온의 분석과목명: 일반화학실험1조:조원:제출일자:분반:< 음이온의 분석 _ 결과 레포트 >실험 목적각종 음이온들의 정성분석을 통하여 그들의 기본 성질을 이해하고, 정성분석의 기본 지식을 습득한다.용액 중에 녹아 있는 음이온의 점적 분석으로 특성을 확인한다.실험 이론음이온 분석 화학음이온을 정성분석에 의하여 확인하는 데 이용되는 방법은 음이온의 특성에 따라 다양한 방법이 사용되어지고 있다. 주로 여러 음 또는 양이온의 산화 상태, 용해도 차이, 음이온의 색, 산화·환원 성질 등을 이용한 방법이 널리 사용되고 있다. 본 실험에서는 이들 중 가장 간단한 점적 시험(spot test)법을 이용하여 시료에 포함된 음이온 성분을 검출, 확인하고자 한다. 여기서 정성 분석이란 화학분석법 중에서 시료가 어떤 성분으로 구성되어 있는지 알아내기 위한 분석법이고, 점적 분석은 시료 중의 한 가지 성분을 검출하기 위하여 소량의 시료 용액에 적당한 특정 시약을 떨어뜨려서 그 성분 화학종과 특유한 반응을 일으키게 함으로써 그 성분이 포함되어 있는가를 확인하는 방법이다. 점적 시험법의 결점을 여러 가지 성분이 포함되어 있는 복잡한 혼합 시료인 경우에는 한 성분이 다른 성분의 검출을 방해하는 것이다. 그러므로 시료가 복잡할수록 조심스럽게 적절한 조건을 택하여 점적 시험을 하도록 해야 한다. 이러한 문제점을 최소화시키기 위하여 서로 성분 검출을 방해하는 성분 화학종이 포함되어 있는 시료의 경우 점적 시험법을 이용하여 정성분석하기 전에 이들 성분을 서로 분리하도록 해야 한다. 이 분리 방법은 지난 실험(양이온의 분석)에서 설명하였다. 또는 용액의 pH를 변화시키든지 가리움제(masking agent)를 가하여 한 가지 성분은 반응하지 못하게 만들고 다른 화학종만을 반응시켜 검출하는 방법을 쓴다.음이온의 반응본 실험에서는 음이온들 중 특히 우리의 생활 주변에서 자주 쓰이는 물질들에 함유되어 있는 이온들을 선택하여 이들 음이온과 다양한 시약에 의하여 일어나는 특이한 반응을 관찰함으로써 음이온들의 정성적인 확인법을 익힌다. 동시에 각 음이온 반응의 반응식을 정확히 이해하여 계통적인 음이온 분석 방법을 제시하고자 한다.탄산이온(CO32-), 아황산 이온(SO32-), 황화 이온(S2-)은 약한 휘발성 산이 음이온으로 산을 가하면 산무수물이 되어 휘발된다. 여기서 CO32-는 산과 만나면 CO2와 H2O가 생성되므로 기포 발생의 유무로 CO32-의 존재를 확인할 수 있다.CO32- + 2H+ CO2(g) + H2O(g)황산이온(SO42-)는 Ba2+ 이온이 강산의 음이온인 SO42-와 침전을 형성함으로써 존재를 확인할 수 있다.Ba2+ + SO42- BaSO42-(s)인산이온(PO43-)은 (NH4)2MoO4와 반응하여 노란색 침전을 형성한다.3NH4+ + 12MoO42- + PO43- + 24H+ (NH4)3PO4-12MoO3(s) + 12H2O티오시안 이온(SCN-)은 아세트산과 Fe(NO3)3와 만나면 진한 붉은색의 FeSCN3-n (n값은 1~6) 착이온이 생긴다.Fe(NO3)3(aq) + KSCN FeSCN3-n(aq) + KNO3염화 이온(Cl-)은 NaCl과 질산, AgNO3과 반응하여 흰색 침전을 형성한다.Ag+ + Cl- AgCl(s)실험 준비물0.5M 탄산 소듐 6M 염산 0.5M 황산 소듐 1M 염화 바륨0.5M 티오시안산 포타슘 6M아세트산 0.5M 질산 철(Ⅲ) 0.5M염화 소듐6M 질산 0.1M 질산 은시험관 스포이드 장갑 유산지실험 방법1) 예비분석가) 탄산 이온(-)시험관에 1mL를 넣고 를 가하면 이산화탄소의 기포가 발생한다.나) 황산 이온()1mL에 를 가하고, 1~2방울을 가하면 흰색 침전이 발생하고 이것이 이다.다) 티오시안 이온()1mL에 1mL를 혼합하고 1방울을 가한다. 진한 붉은색의 (값은 1~6까지) 착이온이 생긴다.라) 염화 이온()1mL에 1mL를 가하고, 2~3방울을 가한다. 이 때 흰색 침전 이 생긴다.2) 미지시료 1,2가) 미지시료1.2을 두 가지 시험관에 1mL씩 담는다.나) 첫 번째 시험관의 미지시료1,2에 1mL를 가하여 기포발생의 여부를 확인한다.다) 기포의 발생의 여부를 확인한 후 1~2방울 가하여 흰색 침전의 여부를 확인한다.라) 두 번째 시험관의 미지시료1,2에 1mL를 혼합한 후 1방울을 가하여 붉은색 착이온의 생성여부를 확인한다.마) 착이온의 생성여부 확인 후 1mL를 가한 후 2~3방울을 가하여 흰색 침전의 여부를 확인한다.실험 사진실험 결과실험 1. 탄산 이온 점적 실험시험관에 0.5M의 Na2CO3(aq)을 1mL 만큼 넣고, 6M의 HCl(aq)을 가했더니 기포가 생성되는 것을 눈으로 확인할 수 있었다. 앞서 서술하였던 알짜 이온 반응식CO32- + 2H+ CO2(g) + H2O(l)을 통해 해당 기포가 이산화탄소 기체로 이루어져 있다는 것을 알 수 있었다.실험 2. 황산 이온 점적 실험시험관에 0.5M의 Na2SO4(aq)을 1mL 만큼 넣고 6M의 HCl(aq)을 가한 후, 1M의 BaCl2(aq) 1-2방울을 투여했더니 흰색 침전물이 생성되는 것을 볼 수 있었다. 한편, 앞서 서술하였던 알짜 이온 반응식Ba2+ + SO42- BaSO4(s)↓을 통해 실험에서 나타난 흰색 침전물이 고체 황산 바륨(BaSO4(s))이라는 것을 알 수 있었다. 실험에서 HCl(aq)을 가하는 목적은 용액의 pH를 변화시켜 원하는 반응 외에 다른 반응이 발생하지 않도록 하는 것이다.실험 3. 티오시안 이온 점적 실험시험관에 0.5M의 KSCN(aq)을 1mL 만큼 넣고 6M의 CH3COOH(aq) 1mL를 가한 후, 0.1M의 Fe(NO3)3 (aq) 1방울을 투여했더니 진한 붉은색 착이온이 생성되는 것을 눈으로 확인할 수 있었고 이는 곧 알짜 이온 반응식Fe3++ n SCN- Fe(SCN)n3-n (단, n: 1~6)을 통해 해당 착이온이 Fe(SCN)n3-n 이였음을 알 수 있었다. 실험에서 CH3COOH(aq)을 사용하는 목적은 2번 실험과 같이 용액의 pH를 변화시켜 원하는 반응 외에 다른 반응이 발생하지 않도록 제어하는 것에 있다.실험 4. 염화 이온 점적 실험시험관에 0.5M의 NaCl(aq) 1mL를 넣고 6M의 HNO3(aq) 1mL를 가한 후, 0.1M AgNO3(aq)을 2-3방울 투여했더니 흰색 침전물이 생성되었음을 볼 수 있었고 이 침전물은 알짜 이온 반응식Ag+ + Cl- AgCl(s)↓에 의해 해당 흰색 침전물이 AgCl(s) 이었음을 확인할 수 있었다. 실험에서 HNO3(aq)을 첨가하는 목적은 실험 2, 3과 같다.실험 5. 미지 시료의 음이온 분석미지 시료 1mL에 6M의 HCl(aq) 1mL를 가했더니 기포가 생성되지 않았다.실험 1을 바탕으로 미지 시료는 탄산 이온 (CO32-)을 포함하고 있지 않다는 것을 유추할 수 있다.방금 사용한 미지 시료와 HCl(aq) 1mL가 이미 들어있는 용액에 1M의 BaCl2(aq) 1-2방울을 투여했더니 흰색 침전물이 생겼다.실험 2를 바탕으로 미지 시료는 황산 이온 (SO42-)을 포함하고 있다는 것을 유추할 수 있다.새로운 시험관에 담긴 미지 시료 1mL에 6M의 CH3COOH(aq) 1mL를 가한 후, 0.1M의 Fe(NO3)3 (aq) 1방울을 투여했더니 진한 붉은색 착이온이 생성되었다.실험 3을 바탕으로 미지 시료는 타오시안 이온 (SCN-)을 포함하고 있다는 것을 유추할 수 있다.● 따라서 미지 시료는 최소 2개의 음이온 (SO42-, SCN-)을 포함하고 있다는 것을 유추할 수 있다.참고 문헌1. 단국대학교, , 공학화학실험 편찬위원회, 20192. 상반기 교안, , Hyperlink "https://clms.dankook.ac.kr/em/5e6cd26b933a8" https://clms.dankook.ac.kr/em/5e6cd26b933a8

공학/기술| 2023.11.05| 8페이지| 2,500원| 조회(167)

일반화학실험, 실험보고서, 음이온의분석보고서

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[단국대]보일샤를의 법칙 보고서 A+ (일반화학실험)

Chapter 4. 보일-샤를의 법칙-결과 레포트-제목: 보일-샤를의 법칙과목명: 일반화학실험1조:조원:제출일자:분반실험 목적보일-샤를의 법칙을 실험으로 진행하여 온도와 압력에 따른 기체의 부피 변화를 이해한다.실험 이론(1) 기체: 일반적으로 표준 압력 및 표준 온도에서 기상으로 존재하는 물질을 기체(gas)라 하며, 형태는 기상을 가질 수 있으나 표준 압력 및 표준 온도에서는 고상 및 액상으로 존재하는 물질을 증기(vapor)라고 한다. 물질이 어느 온도 이상에서 항상 기체로 존재하는 온도를 임계 온도라 하며 따라서 임계 온도가 25°C이하인 물질은 표준 압력 및 표준 온도에서 항상 기체로 존재한다.(2) 압력: 압력은 기체의 분자가 자유롭게 움직여 접하고 있는 표면에 충돌함으로써 생기고 힘을 작용 면적으로 나눈 식(P=F/A)로 표시된다.[그림1. 수은 기압계] [그림2. manometer]● 대기압을 측정하는 장치로는 그림1에서 보는 바와 같은 기압계를 사용할 수 있고 원리는 다음과 같다. 수은으로 채워진 유리관을 수은이 담겨 있는 용기에 거꾸로 세우면 용기에 담긴 수은 표면이 대기압에 의하여 압력을 받아 유리관 속의 수은이 표면으로부터 정확하게 760mm에서 정지하게 된다. 따라서 이 높이는 바로 대기압을 나타낸다고 할 수 있다. 이 때 1mmHg를 1Torr라고 하고 대기압 1atm은 760Torr가 된다.● 그림2와 같이 막힌 플라스크에 측정하고자 하는 기체를 주입하여 압력을 측정하면 측정 압력은 다음과 같이 나타낼 수 있다.기체의 압력() = 대기압() + gd△h여기서 g는 중력 가속도 상수, d는 사용 유체의 밀도, △h는 높이차이다.(3) 보일의 법칙: 보일은 J 모양의 관에 수은을 담으면, 즉 압력을 증가시키면 막힌 쪽에 갇힌 기체의 부피가 감소함을 발견하였다. 이로부터 압력과 부피는 서로 반비례의 관계를 갖는다는 것을 알 수 있다. 기체의 온도와 양이 일정하다면 압력과 부피와의 관계식은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.V ∝ 1/P, V = k(1/P) 단 k는 상수PV = k이들 식을 보일의 법칙이라고 부른다. 따라서 압력과 부피가 각각 다르고 온도 및 양이 일정한 기체는 그 곱이 일정하다.이러한 보일의 법칙은 일반적으로 부피의 변화에 따른 압력의 변화 혹은 압력의 변화에 따른 부피의 변화의 계산에 주로 사용된다. 하지만 보일의 법칙은 이상 기체에서의 압력과 부피의 관계식을 나타냈고 실제의 기체에서는 압력과 부피의 곱이 일정하지 않다.(4) 샤를의 법칙: 샤를은 기체가 온도를 증가시키면 팽창하고 감소시키면 수축한다는 사실을 다양한 실험에 의해 발견했다. 일정 압력에서 기체의 온도에 따른 부피의 변화는 선형적인 성질을 가지며 이러한 부피를 0까지 낮출 수 있는 온도는 기체의 압력에 관계없이 –273.15°C이다. 일정 압력 하에서의 절대 온도에 따른 부피의 변화는 다음과 같이 표시되고, 이를 샤를의 법칙이라고 한다.V ∝ T, V=kT 단 k는 상수V/T = k또한 압력이 같고 부피와 온도가 다른 두 종류의 기체는 다음과 같이 표시되고 이를 이용하여 온도에 변화에 다른 부피의 변화 및 부피의 변화에 따른 온도의 변화를 구할 수 있다.실험 준비물-시약: 증류수-기구: 클램프 ∙ 클램프 스탠드, 가열장치-초자류: 둥근 바닥 플라스크, 메스 실린더, 비커, 온도계-소모품: 고무마개, 고무관, 얼음*유리관(외경 6mm)대신 고무관을 사용함*실험 방법1L의 비커에 약 600mL의 증류수를 넣고 버너로 70℃까지 가열한다.고무관을 고무마개의 구멍에 맞게 테프론 테이프를 감는다.고무관을 고무마개의 안쪽 끝이 약간 작게 나오도록 맞추고 고무마개 위로 유리관이 약 2cm가 나오도록 끼운다.비커의 더운물이 70℃가 되면 이를 옮기고, 플라스크를 비커의 더운물 속에 약 5분동안 넣고 더운물 속에 있는 플라스크의 온도를 측정하여 온도를 기록한다. (*위의 온도는 플라스크안의 공기의 온도와 같다고 가정한다.)더운물 표면 위에 나와있는 유리관 위를 집게손가락으로 누른 다음 그 플라스크를 조심스럽게 꺼내어 얼음과 물이 들어있는 다른 비커 속에 거꾸로 넣는다.약 5분동안 플라스크 전체를 물에 잠기게 한 후, 물의 온도를 기록한다.플라스크의 물 높이가 비커의 물높이와 같도록 한 후 집게손가락으로 유리관의 끝을 잡아 플라스크를 똑바로 놓는다.고무마개를 제거한 후 100mL 메스실린더를 사용하여 플라스크가 식는 동안 플라스크 속으로 들어간 물의 양을 측정하여 기록한다.100Ml 플라스크의 고무마개 밑의 높이까지 물로 채운다. 메스실린더를 사용하여 플라스크의 전체 부피를 구하여 이 부피를 기록한다.실험사진실험 결과더운물 온도: 58℃ = 331.15K얼음물 온도: 1℃ = 274.15K플라스크 전체 부피: 112mL – 플라스크 내부 온도가 331.15K 일 때 공기의 부피물의 부피: 20mL, 112-20=92(mL) – 플라스크 내부 온도가 274.15K 일 때 공기의 부피샤를의 법칙에 의한 식을 세워 계산해보면=0.338 0.336결과값의 차이가 나지만 오차를 감안해 보면 위 실험결과는 샤를 법칙을 증명했다고 볼 수 있다.

공학/기술| 2023.11.05| 6페이지| 3,000원| 조회(185)

일반화학실험, 실험보고서, 보일 샤를의 법칙

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[단국대]화학 평형 상수의 결정 보고서 A+ (일반화학실험)

Chapter 10. 화학 평형 상수의 결정-결과 레포트-제목: 화학 평형 상수의 결정과목명: 일반화학실험1조: 1조조원:제출일자:분반:실험 목적화학 반응이 평형 상태에 도달하였을 때 평형 상태에서 존재하는 반응물과 생성물(착이온) 각각의 농도를 비색법으로 측정하여 착이온 생성 반응의 평형 상수를 결정할 수 있다.실험 이론화학 평형화학양론의 계산에서 화학반응은 반응물 중 하나가 완전히 없어질 때까지 진행된다고 가정하였다. 많은 반응이 실제로 완결될 때까지 진행된다. 이러한 반응에 대해서는 반응물이 정량적으로 생성물로 변하며 남아 있는 한계 시약의 양은 무시할 수 있다고 가정할 수 있다. 그러나 반응이 완결되기 훨씬 전에 중단되는 경우도 많이 있다. 한 예로 이산화질소의 이합체화 반응을 들 수 있다.반응물 는 흑갈색 기체이며 이합체 는 무색 기체이다. 에서 를 밀폐된 진공 유리 그릇 속에 넣으면 가 로 변함에 따라 초기의 흑갈색이 옅어진다. 그러나 오랜 시간이 지나도 그릇 속의 색깔이 완전히 무색으로 되지는 않으며 갈색의 강도가 일정하게 유지된다. 이것은 의 농도가 더 이상 변하지 않음을 뜻한다. 이 반응은 모든 반응물의 농도가 시간에 따라 일정하게 유지되는 화학 평형에 도달한 것이다.밀폐된 용기에서 진행되는 어떠한 반응도 평형에 도달한다. 어떤 반응은 평형의 위치가 생성물 쪽으로 매우 기울어져 있어 반응이 완결된 것처럼 보인다. 이러한 반응은 평형이 오른쪽으로 (생성물 방향으로) 크게 치우쳐 있다고 한다. 예를 들어 화학양적 양의 산소와 수소 기체를 섞어 반응시키면 반응은 거의 완결되며, 그 계가 평형에 도달했을 때 남아 있는 반응물의 양은 매우 적어 무시할 수 있다. 반면에 어떤 반응은 매우 조금밖에 진행되지 않는다. 예를 들어 고체를 에서 밀폐된 용기 속에 두면 이것이 분해하여 생기는 고체 와 기체 의 양은 아주 적어 검출하기 힘들 정도이다. 이러한 경우는 평형이 왼쪽으로 (반응물 방향으로) 크게 치우쳐 있다고 한다.화학평형상수다음 반응에서 A, B, C, D가 반응에 관여하는 화합물이고 a, b, c, d가 균형을 맞춘 반응식의 계수라면 평형 조건을 일반적으로 기술하는 방법인 “질량 작용의 법칙”은 다음과 같은 평형식으로 나타낼 수 있다.사각 괄호는 평형에 있는 화학종의 농도를 나타내며 는 평형 상수이다. 따라서 평형 상태에서 존재하는 화학종들의 농도를 측정하면 평형 상수를 계산할 수 있다.화학평형상수의 응용어떤 반응의 평형 상수를 알면 반응이 진행되려는 경향, 어떤 농도가 평형 조건을 나타내는 지의 여부, 주어진 초기 농도로부터 도달할 수 있는 평형의 위치 등과 같은 그 반응의 몇 가지 중요한 특징을 예측할 수 있다. 어떤 반응이 진행되려는 경향은 평형 상수의 크기로부터 알 수 있다. 가 1보다 훨씬 크면 그 반응계는 평형에서 대부분 생성물로 되어 있다. 즉 평형이 오른쪽으로 치우쳐 있음을 의미하고 이러한 반응은 거의 완결된다. 반면에 값이 매우 작으면 평형에서 그 계는 대부분이 반응물로 되어 있고 평형의 위치는 왼쪽으로 치우쳐 지고 반응은 거의 진행되지 않는다.실험 준비물0.002M 티오시안칼륨[Potasslum Thlocyanate, KSCN], 질산철 [Iron Nitrate, Fe(NO3)2], 시험관, 피펫[스포이드], 흰종이, 눈금자4. 실험 방법5개의 시험관에 번호를 붙여 시험관대에 나란히 꽂아 두고, 0.002M KSCN 용액을 5ml씩 메스 실린더로 측정하여 넣어준다.0.2M Fe(NO)3 용액을 제조하고, 1번 시험관에 5ml 넣는다. 이 때, SCN-는 전부 FeSCN2+로 바뀐다고 가정하고, 1번 시험관을 표준 용액으로 사용한다. (*표준 용액의 FeSCN2+의 농도는 SCN-의 처음 농도와 같다.)2번 시험관은 앞서 만든 용액을 2.5배 묽힌 0.08M Fe(NO)3 5ml를 넣어준다. 같은 방법으로 계속 해서 2.5배 묽힌 Fe(NO)3 용액을 5ml씩 각각 시험관에 넣어준다. 몰농도는 1번부터 순서대로 0.2, 0.08, 0.03, 0.0128, 0.00512M이다.1번 시험관의 높이(초기 높이)를 측정한다. 1번과 2번 시험관을 준비하고, 시험관을 위쪽에서 내려다보았을 때, 두 두용의 색깔이 같아질 때까지 스포이드를 이용하여 1번 시험관의 용액을 덜어낸다. 시험관의 높이를 측정한다.1번과 3번 시험관을 준비하고, 같은 방법으로 색깔이 같아질 때까지 1번 용액을 덜어낸다. 시험관의 높이를 측정한다.1번과 4번 시험관을 준비하고, 같은 방법으로 색깔이 같아질 때까지 용액을 덜어낸다. 시험관의 높이를 측정한다.1번과 5번 시험관을 준비하고, 같은 방법으로 색깔이 같아질 때까지 용액을 덜어낸다. 시험관의 높이를 측정한다.5. 실험 사진6. 실험 결과실험결과평형용액의 초기 농도 [M]색이 같아졌을 때 높이Fe3+(a)SCN-(b)①0.10.0014.5cm(처음 높이)②0.040.0014.1cm③0.0160.0013.9cm④0.00640.0013.2cm⑤0.002560.0012.0cm실험 결과 분석1) 비광법을 이용해 표준용액에서 비교할 용액의 농도를 구한다.[FeSCN2+](X)[Fe3+](a-X)[SCN-](b-X)K①0.001M-표준용액-②0.000911M0.039089M0.000089M264.863③0.000867M0.015133M0.000133M430.767④0.000711M0.005689M0.000289M432.450⑤0.000444M0.002116M0.000556M377.3922) 구한 농도를 이용해 각 시험관에서의 평형상수를 구한다.7. 참고 문헌단국대학교, , 공학화학실험 편찬위원회, 2019강의 영상 (화학평형상수의 결정): http://clms.dankook.ac.kr/em/5ed32315ab0cb실험 영상 (화학평형상수의 결정): http://clms.dankook.ac.kr/em/5ed32315ab0cb

공학/기술| 2023.11.05| 6페이지| 2,500원| 조회(192)

일반화학실험, 평형 상수, 화학 반응, 결과 레포트, 평형 상태, 화학평형상수의결..

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[단국대]피로시험 실험 레포트 A+

피로 실험REPORT과 목 명:기계공학실험담당교수:000 교수님소소속속:공과대학 기계공학과학학번번:이이름름:실 험 조:실 험 일:제 출 일:1. 실험 요약1.1 실험목적반복되는 응력이나 변형률의 영향을 받는 재료의 거동을 피로(fatigue)라고 한다. 이번 실험을 통하여 재료의 피로를 일으키는 조건을 변화시키며 이러한 조건들이 피로파괴에 어떤 영향을 미치게 하는지 알아보기 위해 S-N 선도를 그려 보자.1.2 결과Fig 1. 시편의 S-N 곡선추의 개수하중(kg)회전수(rev)BendingMoment(NBULLET M)BendingStress(MPa)12010000019.62199.85240380039.24399.70360230058.86599.54Table 1. 실험 결과1.3실험장치Fig 2.회전 굴곡 피로 시험기1.4실험방법① 가압핸들을 오른쪽으로 돌려 암 레버에 하중이 걸리지 않도록 하여 놓는다. 이때 축에 하중이 가해지는 부분까지의 거리 L이 20cm가 되도록 암 레버 가운데 홈에 장치 지지대를 위치시킨다.② 시험편을 고정 측 CHUCK에 끼운 후에 이동 측 CHUCK에 끼우고 CHUCK 고정공구로 시 험편을 고정한다.③ 재하 판에 시험 하중(20kg)을 올려놓는다.④ 회전계는 0점으로 맞추어 놓는다.⑤ 전원 스위치를 켜 모터를 작동한 후 가압핸들을 왼쪽으로 돌려 시험편에 하중을 가 하여 놓는다. 이때 가압핸들을 왼쪽으로 돌려 하중이 가해진 상태로 모터를 돌리면 모터의 회전축이 틀어진 상태로 회전을 하게 되어서 모터가 망가지게 되므로 반드시 유의하여 모터를 작동시킨 후에 핸들을 돌리도록 해야한다.⑥ 시험편이 피로 한계에 도달해서 파단 되면 모터는 자동으로 정지한다.⑦ 회전수(굴곡반복회수)를 회전계에서 읽는다.2. 실험 결과2.1 실험이론2.1.1 피로실험 종류(1) 반복 인장 압축 피로시험[2] : 시편의 축 방향에 인장 및 압축력이 교대로 작용할 경우이다. 축 하중 형식의 부식 피로 시험기와 같은 피로시험기에 시험편을 고정하며 반복 응력 형태의 하중을 가한다. 시험편이 파단되거나 미리 정해진 반복응력 횟수를 초과할 때까지 한다.(2) 반복 굽힘 피로시험 : 시험편들을 돌리면서 굽힘 모멘트가 걸리도록 한다. 즉 회전하지 않는다. 시험편은 한 점이나 두 점지지 방식의 외팔보, 또은 4점지지 방식으로 장착하며 반복 굽힘 피로 시험기와 같은 형태의 시험기구를 이용한다. 시험은 시험편이 파단되거나 미리 정해진 반복응력 횟수를 초과할 때 까지 한다.(3) 부식 피로시험 : 부식 환경하에서 고주기 부식피로 특성평가를 목적으로 한다. 부식 손상 및 고주기 피로시험 자료조사, 기초 물성시험 , ERR 시험 등 통하여 피로특성 검토와 시험조건 설정 단계를 지나, 아래의 부식 피로 시험기의 부식 피로시험 장치를 이용하여, DCPD를 이용한 균열성장 측정을 통해 부식피로 시험을 한다.Fig 3. 반복 인장 압축 피로 시험기2.1.2 피로파괴, 피로한계피로 파괴- 가공공정에서 예를 들면 사용하는 구조물과 기계요소들, 예를 들면 공작기계, 금형, 캠, 축 등은 정하중 뿐만 아니라 급속히 변동된 동하중도 받는다. 반복응력은 반복된 기계적 하중이나 열하중에 의해서 발생된다. 이러한 박복응력상태 하에서는 재료가 정하중을 받을 때 파단된 응력보다 낮은 응력에서 파단되며 이 현상을 피로파괴라 한다.피로 한계-피로 시험 결과, 무한히 반복을 견딜 수 있다고 판단된 응력의 최대치이다. 반복횟수와 응력, 진폭 피로시험에서 반복하중이 많아져도 피로파괴를 일으키지 않는 최대응력을 재료의 피로한계 라고한다. 금속재료의 경우 이는 극한인장강도와 일정한 관계를 갖는다. 강재의 경우는 인장강도의 약 절반으로 많은 금속들, 특히 강재의 경우 피로한도가 명확하다. 다음 Figure 4에 반복횟수와 응력진폭의 관계를 나타내었는데 횟수가 많아져도 일정값으로 수렴하는 응력진폭값이 내구한도를 의미한다. 2014-T6의 형태로 연성이 높아서 횟수가 높아져도 일정값으로 수렴하지 않는 경우에는 107 ~ 108 등 충분한 일정 횟수를 기준으로하여 응력값을 선택한다.Fig 4. S-N 곡선2.2 실험결과Fig 1. 시편의 S-N 곡선추의 개수하중(kg)회전수(rev)BendingMoment(NBULLET M)BendingStress(MPa)12010000019.62199.85240380039.24399.70360230058.86599.54Table 1. 실험 결과3. 고찰 +(피로파괴를 일으키는 원인)실험에서 피로파괴를 일으키는 주원인으로는 모터의 회전으로 인한 진동으로 발생하는 반복하중과 시편의 온도가 올라가며 발생하는 열응력, 시편 체결 시 발생하는 잔류응력이 있다. 고정한 후에는 잔류응력 제거가 불가능 하기위하여 잔류응력을 최소화하기 위하여 체결 시 이동측 척에 고정할 때 고정측 척을 받쳐주었다. 또한 열응력에 의한 파괴는 진동으로 인한 피로파괴에 비하여 영향력이 미미하기 때문에 실험 시 피로파괴를 일으키는 가장 큰 원인은 모터의 회전으로 발생하는 진동으로 인한 반복하중이다. 이 때 힘이 한쪽으로 작용하지만 반복하중이 작용하는 이유는 시편이 회전하면서 사인 형태로 응력이 가해지므로 반복하중이 발생한다고 할 수 있다. 그리고 시험기를 통해 끊어진 시험편은 중앙이 끊어져야 잘된 시험이라고 할 수 있지만 시험후 끊어진 시편을 확인하였을 때 하중이 가해진 시험편의 중앙이 아닌 시험편의 한쪽 끝으로 더 가까이 파단이 일어났다. 이에 대해 원인을 생각했다. 기계 자체에 결함이 있거나 시험편을 시험기에 넣으면서 하중을 받아 변형이 일어났을 수도 있다.

공학/기술| 2023.11.05| 6페이지| 2,500원| 조회(168)

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[단국대]터빈성능 실험 레포트 A+

터빈 성능 실험Key Words: 프란시스 터빈(Francis turbine), 충동 터빈(Impulse Turbine), 반동 터빈(Reaction Turbine)초록: 발전소에 사용한 터빈은 에너지를 갖고 있는 유체가 터빈의 깃에 부딪혀서 터빈을 돌린다. 이때 유체가 갖고 있는 에너지에 대한 터빈은 동력을 생산하는 장치로서 전반적인 구조와 작동 원리는 펌프와 반대가 된다. 본 실험에는 프란시스 터빈(Francis Turbine)에 효율과 일정 낙차로 물을 공급하여 수량이 변할 때의 수차의 성능 변화를 시험하여 그 성능을 검토한다. 그리고 시험법을 습득하는 것이 이 실험의 목적이다.터빈 성능실험1. 서 론1.1 실험 목적발전소에 사용하는 터빈은 에너지를 가지고 있는 유체가 터빈의 깃에 부딪혀 터빈을 돌린다. 이때 유체가 갖고 있는 에너지에 대한 터빈은 동력을 생산해 내는 장치로 전반적인 구조와 작동 원리는 펌프와 반대가 된다.본 실험에는 프란시스 터빈(Francis Turbine)에 효율과 일정 낙차로 물을 공급해서 수량이 변할 때 수차의 성능 변화를 시험한다. 그리고 그 성능을 검토하여 시험법을 습득하는 것이 이 실험의 목적이다.1.2 실험원리① 수력 터빈(turbine)의 원리물이 갖고 있는 에너지를 러너의 작용으로 기계 에너지로 변환하여 기계를 수력원동기(turbine)라 한다. 이는 위치에너지를 가진 물이 수차에 유입할 때 압력에너지 또는 속도 에너지 변환된다. 그리고 수차는 이 에너지를 받아 동력(축의 torque)을 발생한다. 이 발생된 동력, 즉 기계 에너지는 그대로 이용된 경우는 없고 발전기와 직결되어 다시 전기에너지로 변환되어 이용한다. 이와 같은 시설을 수력 발전소라 한다.터빈은 일반적으로 충동터빈(impulse turbine)과 반동터빈(reaction turbine)의 두 가지로 분류된다.② 충동터빈 (Impulse turbine)충동터빈은 하나 또는 여러 개의 고속 자유제트에 의해 구동된다. 이 각각의 제트는 터빈 휠 외부에 있는 노즐동터빈에서는 압력변화의 일부는 외부에서 일어나며, 일부는 가동 깃 내에서 일어난다. 유체가 노즐이나 안내깃(guide vane) 또는 위키트 게이트(wicket gate)라고 하는 고정깃을 지나갈 때에는 외부적인 가속이 발생하며, 유동은 적절한 방향으로 러너로 유입되기 위해 방향이 변한다. 로터에 대한 부가적인 유체가속은 가동깃 내에서 발생되기 때문에 분류의 상대속도와 압력은 둘 다 러너를 지나면서 변한다. 반동터빈은 유체가 꽉 찬 상태로 작동되어 일반적으로 충동터빈보다 주어진 전체 크기에 대해서 더 많은 동력을 만들어 낼 수 있다.본 실험에서 사용한 프란시스 터빈은 반동터빈으로 Fig. 1에서 도시되어 있다.이때 유입된 물은 터빈 케이싱을 통해서 원주방향으로 들어온다. 물은 고정 안내깃의 주위로 들어와 러너쪽으로 흐른다. 물은 거의 반지름 방향으로 러너에 유입되며, 거의 축 방향으로 유출되도록 아래쪽으로 방향을 바꿔야 한다. 유동형태는 원심펌프의 경우와는 정반대로 생각할 수 있다. 러너에서 유출된 물은 방수로로 들어가기 전, 흡출관(draft tube)으로 알려져 있는 디퓨져(diffuser)로 흘러간다.Fig. 1 팰톤 터빈 구조Fig. 2 프란시스 터빈 구조④ 터빈장치의 구성프란시스 터빈은 그림과 같이 구성되어 있다. 터빈장치 상부에 들어온 물의 압력을 측정할 수 있는 압력 게이지가 존재한다. 장치 후면부에는 터빈의 발생동력을 측정할 수 있는 드럼 및 스프링 게이지가 존재하며, 프란시스 터빈 후면의 드럼은 반사판이 부착된 반사판과 타코미터를 이용해서 터빈의 회전수를 측정할 수 있다.Fig. 3 프란시스 터빈의 구성Fig. 4 터빈 후면의 드럼 및 반사판1.3 표기법Table. 1 Description and Unit of Variables SymbolDescriptionUnitsNRotational speed of the turbinerev..min-1P _{h}Hydraulic PowerWP _{m}Mechanical PowerWeta _{h}Hydra이론① Hydraulic Power터빈의 Hydraulic Power 는 다음과 같이 나타낼 수 있다.W=Q _{v} p(Hydraulic Power 계산 시 유량의 단위에 유의할 것)② Mechanical Power터빈에서 발생하는 Mechanical Power 는 다음과 같이 나타낼 수 있다.P _{m} [W]= {2 pi NT} over {60}③ Torque터빈에서 발생한 토크는 두 개의 스프링 저울을 이용해 다음과 같이 측정할 수 있다. 두 개의 스프링 저울의 눈금값과 회전하는 드럼의 반경을 이용해서 터빈에서 발생한 토크는 다음과 같이 나타낸다.Torque=` {vec{R}} TIMES {vec{F}}##LEFT | {vec{F}} RIGHT | = LEFT | {vec{A}} RIGHT | - LEFT | {vec{B}} RIGHT |Fig. 5 Torque measurement principle④ Hydraulic Efficiency터빈의 Hydraulic Power와 Mechanical Power를 이용하여 터빈의 효율을 계산하면 다음과 같다.eta [%]= {P _{m}} over {P _{h}} TIMES 1002. 본 론2.1 실험 방법(1) 실험 전에 가이드 베인의 위치와 터빈에 들어온 물의 압력(Inlet pressure)또는 양정을 선정해야 한다.(2) 터빈의 가이드 베인 위치를 확인하며 조절한다.(3) 터빈 뒤쪽의 스프링 저울의 눈금을 0으로 조절해야 한다. (무부하 상태)(4) 수력벤치를 이용해 최대 유량 상태에서 몇 분 정도 터빈을 돌려야 한다. (안정화)(5) 터빈에 들어온 물의 유량을 조절해 Inlet Pressure 에 맞도록 조정한다.(6) 타코미터를 이용해 무부하 상태에서의 터빈의 회전수를 측정한다.(7) 왼쪽 스프링 저울을 눈금을 0.5N씩 조절하여(5),(6) 을 반복 수행한다.(8) (7)단계에서 스프링 저울의 눈금 (좌,우), 터빈의 회전수, 물의 유량 Inlet Pressure 를 측정하면서 기입한다.(9) 실험aulic Power) 과 발생동력(Mechanical Power)을 이용해 각 유량에 대한 터빈의 효율을 계산한다.2.2 실험 장치Fig. 6 프란시스 터빈의 구성3. 결 론3.1 실험 결과Inlet Pressure Guide vane SettingLeftBalance(N)RightBalance(N)Flow(L/s)Speed(rpm)000.4329350.50.20.46889410.40.5278651.50.70.56785020.90.6058232.51.10.640814Table. 2 실험결과 표 (1)Inlet Pressure Guide vane SettingLoadTorque(N-m)MechanicalPower absorbed(W)Powerin the Water(W)Efficiency(%)004.3200.00750.70214.6815.0020.01501.3595.2725.7830.02001.7805.6731.3970.02752.3706.0539.1750.03502.9836.446.617Table. 3 실험결과표(2)P=100mmbar=10,000Pa````````(P:수압)##R=25mm=0.025m```````(`R`:`원통의`반지름)3.2 실험 결과 계산- 터빈의 이론동력 (Hydraulic Power), 발생동력(Mechanical Power), 효율 계산식P _{h} [W]=`Q _{v} pP _{m} [W]= {2 pi NT} over {60} =w TIMES Teta [%]= {P _{m}} over {P _{h}} TIMES 100`-Left balance 1.5 NL _{2} `=`F _{l2} -F _{r2} `=`1.5-0.7`=`0.8``NT _{2} =L _{2} TIMES r`=`0.8` TIMES (0.025)`=`0.02``N`m``P _{m2} `=` {2 piN _{2} T _{2}} over {60} `=`` {2 pi TIMES 850 TIMES 0.02} over {60} `=`1.780`W`P _{i2} `=` {Q _{래프Fig. 7 유량에 따른 이론동력 그래프(2) 터빈 유량에 따른 발생동력 그래프Fig. 8 유량에 따른 발생동력 그래프(3) 터빈의 유량에 따른 효율 그래프Fig. 9 유량에 따른 효율 그래프- 유량 효율 그래프 설명[Fig 9]의 유량에-효율 그래프를 보면 효율은 유량에 선형적인 형태로 비례하는 것을 알 수 있다.이 결과를 보면 실험조건에 사용된 유량들은 터빈의 설계 유량 이하인 것을 예상할 수 있다. 그리고 해당 효율을 향상시키기 위해 터빈의 입구부에 더 큰 압력을 가하여 단계별로 효율을 측정하는 방법이 적절하다. 설계 유량에 근접하면 효율은 일정 수준 유지가 되거나 유량이 더 증가하면 효율이 반대로 감소하는 경향이 관측될 것이다.효율에 주로 영향을 끼치는 요소는 캐비테이션 현상이 있다. 이 캐비테이션은 고속으로 회전하는 경우에 주요한 영향을 끼친다. 그리고 설계 유량을 넘어섰을 때 관측된다.4.고찰1) 실험 중 캐비테이션 발생한 곳본 실험에서 캐비테이션은 Left balance 2.5 N 일 때 발생하였다.Fig. 7캐비테이션 현상2) 캐비테이션(Cavitation)현상이 터빈의 효율에 미치는 영향에 대한 설명공동현상은 유체의 통로를 방해하며, 유량에 영향을 미친다. 유량은 효율과 관계가 있기 때문에 효율을 저하 시킬 수 있다. 그리고 비정상적인 유동으로 전체 유동을 저하시켜 유체기계를 진동시키는 원인이기 때문에 터빈의 효율을 저하시킨다.3)캐비테이션(Cavitation)현상이란? 캐비테이션을 줄이가 위한 방법캐비테이션은 터빈 프로펠러의 회전에 의해 터빈 내에서 고속 유동하고 있는 작동유체의 압력이 국부적으로 저하되어 포화 증기압(Saturated vapor pressure)에 달하게 되면서 증기를 발생시키거나 용해공기의 분리로 인하여 [Fig 7]과 같이 기포를 일으키는 현상이다. 그리고 국문으로 캐비테이션은 공동현상으로 이야기된다.공동현상은 유체기계 내 모든 곳에서 압력을 작동 액체의 증기압보다 다소 크게 유지되어야 공동현상을 피할 수 있다. 또한.

공학/기술| 2023.11.05| 6페이지| 3,500원| 조회(164)

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