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탄산염(Na2CO3)과 탄산수소염(NaHCO3) 혼합물 분석2

분석화학 및 실험Ⅰ 과목 수1234 분석화학 및 실험Ⅰ 제출일 2021.5.30. 이름 탄산염( Na _{2} CO _{3})과 탄산수소염( NaHCO _{3}) 혼합물 분석Ⅱ Ⅰ. 실험목적 미지시료의 pKa를 이용하여, 탄산염과 탄산수소염을 1차, 2차 적정함으로써 정량분석을 진행할 수 있다. Ⅱ. 실험재료 탄산소듐, 탄산수소소듐, 염산, Methyl Orange, Phenolphthalein, 500mL 부피 플라스크, 250mL 부피 플라스크, 뷰렛, 25mL Tran 필요한 용액 - 0.1M HCl 표준용액 500mL 부피 플라스크에 정제수 약 200mL를 가한 후, HCl 4.3mL를 첨가한 후 표선까지 정제수로 용해 - Methyl Orange 정제수 100mL에 Methyl Orange 0.01g 용해 - Phenolphthalein 지시약 50mL 에탄올에 Phenolphthalein 0.05g을 용해시킨 후, 정제수 50mL 첨가 sfer Pipette, 코니컬 비커 Ⅲ. 실험원리 - 적정 중 HCO _{3} ^{-} (aq) CO _{3} ^{2-} (aq)+H ^{+} (aq)```````````pKa=6.36# H _{2} CO _{3} (aq) HCO _{3} ^{-} (aq)+H ^{+} (aq)```````pKa=10.25- pH가 6.36~10.25일 경우, HCO _{3} ^{-} 이온이 우세적으로 존재 → CO _{3} ^{2-}를 HCO _{3} ^{-}로 만든 후, 모든 HCO _{3} ^{-}가 H _{2} CO _{3}를 생성 - Henderson-Hasselbalch equation을 사용하면, 이해하기 쉬움 pH=pKa+log {[A ^{-} ]} over {[HA]} `` -> ``pH-pKa=H _{2} CO _{3} 와`HCO _{3} ^{-} 의`비율을`알`수`있음 Ⅳ. 실험방법 - 총 알칼리도 확인 1. Na _{2} CO _{3}와 NaHCO _{3}가 섞여있는 미지시료를 2.0g~2.5g을 정확히 칭량 후, 250mL 부피 플라스크에 정제수로 용해한다. 2. 코니컬 비커에 미지시료 용액 25mL와 Phenolphthalein 지시약을 주입한다. 3. 0.1M HCl 표준용액을 이용하여 미지시료를 적정한다. (적정 전에는 붉은색을, 적정 후에는 무색을 관찰할 수 있을 것이다. 이를 통해 1차 종말점을 확인할 수 있다.) 4. 이어서 Methyl Orange 지시약을 주입한다. 5. 0.1M HCl 표준용액을 이용하여 미지시료를 적정한다.(적정 전에는 붉은색 혹은 주황색을, 적정 후에는 로즈와인색 혹은 노란색을 관찰할 수 있을 것이다. 이를 통해 2차 종말점을 확인할 수 있다.) Ⅴ. 실험결과 1번 2번 3번 1차 종말점까지 사용된 0.1M HCl의 부피(A mL) 6.05 6.50 5.95 2차 종말점까지 사용된 0.1M HCl의 부피(B mL) 30.90 31.40 30.10 (B-2A) (mL) 18.80 18.40 18.20 평균 (mL) 18.47 표준편차 0.3055 상대표준편차 1.654% Ⅵ. 과제 1. 실험 결과로부터 미지시료의 Na _{2} CO _{3}의 질량을 구하시오. MV=M'V'라는 묽힘 공식에 의해 미지시료의 몰농도를 구하면 다음과 같다. 0.1M*18.47mL=미지시료의`몰농도(M)*25mL# 미지시료의`몰농도(M)= {0.1*18.47} over {25} =0.074M 1차 종말점까지 사용된 HCl의 몰수를 구하면 다음과 같다. (1차 종말점까지 사용된 0.1M HCl의 부피는 1번, 2번, 3번의 평균값을 사용해 계산하였다.) HCl의`몰농도(M)= {HCl의`몰수(mol)} over {HCl의`부피(L)} = {HCl의`몰수(mol)} over {6.17*10 ^{-3} L} =0.1M# HCl의`몰수(mol)=(0.1*6.17*10 ^{-3} )mol=6.17*10 ^{-4} mol 2차 종말점까지 사용된 HCl의 몰수를 구하면 다음과 같다. (2차 종말점까지 사용된 0.1M HCl의 부피는 1번, 2번, 3번의 평균값을 사용해 계산하였다.) HCl의`몰농도(M)= {HCl의`몰수(mol)} over {HCl의`부피(L)} = {HCl의`몰수(mol)} over {18.47*10 ^{-3} L} =0.1M# HCl의`몰수(mol)=(0.1*18.47*10 ^{-3} )mol=18.47*10 ^{-4} mol HCO _{3} ^{-}의 몰농도(M)를 구하면 다음과 같다. HCO _{3} ^{-} 의`몰수(mol)=(18.47*10 ^{-4} )mol-(6.17*10 ^{-4} )mol=12.3*10 ^{-4} mol# HCO _{3} ^{-} 의`몰농도(M)= {HCO _{3} ^{-} 의`몰수(mol)} over {HCO _{3} ^{-} 의`부피(L)} = {12.3*10 ^{-4} mol} over {25*10 ^{-3} L} =0.050M CO _{3} ^{2-}의 몰농도(M)를 구하면 다음과 같다. [CO _{3} ^{2-} ]= {미지시료`의`몰농도(M)-[HCO _{3} ^{-} ]} over {2} = {0.074M-0.050M} over {2} = {0.024M} over {2} =0.012M 미지시료의 NaHCO _{3}의 질량을 구하면 다음과 같다. 미지시료의`NaHCO _{3} 의`질량(g)=(12.3*10 ^{-4} )mol*84.0066gmol ^{-1} =0.103g 미지시료의 Na _{2} CO _{3}의 질량을 구하면 다음과 같다. 미지시료의`Na _{2} CO _{3} 의`질량(g)=미지시료의`질량(g)-미지시료의`NaHCO _{3} 의`질량(g)# ```````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````=2.16g-0.103g=2.06g ∴ 미지시료의 Na _{2} CO _{3}의 질량(g)=2.06g 2. 실험 결과로부터 미지시료의 NaHCO _{3}의 질량을 구하시오. ∴ 미지시료의 NaHCO _{3}의 질량(g)=0.103g 3. 미지시료 중 각 성분의 질량 퍼센트를 구하시오. 미지시료의 Na _{2} CO _{3}의 질량 퍼센트를 구하면 다음과 같다. 미지시료의`Na _{2} CO _{3} 의`질량`퍼센트`%(w/w)= {미지시료의`Na _{2} CO _{3} 의`질량(g)} over {미지시료의`질량(g)} *100# ````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````= {2.06} over {2.16} *100=95.4%(w/w) 미지시료의 NaHCO _{3}의 질량 퍼센트를 구하면 다음과 같다. 미지시료의`NaHCO _{3} 의`질량`퍼센트%(w/w)= {미지시료의`NaHCO _{3} 의`질량(g)} over {미지시료의`질량(g)} *100# ````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````= {0.103} over {2.16} *100=4.77%(w/w)

자연과학| 2021.07.15| 4페이지| 2,000원| 조회(357)

알칼리도, 적정, 표준편차, 상대표준편차, 질량퍼센트

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물의 경도 측정

분석화학 및 실험Ⅰ 과목 수1234 분석화학 및 실험Ⅰ 제출일 2021.6.2. 이름 물의 경도 측정 Ⅰ. 실험목적 수돗물에 존재하는 알칼리 토금속을 적정을 통하여 정량하고, 물의 경도를 측정할 수 있다. Ⅱ. 실험재료 HCl, Methyl Orange, 500mL 부피 플라스크, 250mL 부피 플라스크, 뷰렛, 25mL Transfer Pipette, 코니컬 비커 필요한 용액 - 0.1M HCl 표준용액 500mL 부피 플라스크에 정제수 약 200mL를 가한 후, HCl conc. 4.3mL를 첨가한 후 표선까지 정제수로 용해 - Methyl Orange 지시약 정제수 100mL에 Methyl Orange 0.01g 용해 Ⅲ. 실험원리 - CaCO _{3} (s)+2H ^{+} (aq) -> Ca ^{2+} (aq)+H _{2} O(l)+CO _{2} (g)- 센물의 경우, 다양한 알칼리 토금속 탄산염들이 존재하지만, 대부분 차지하는 성분이 탄산칼슘이므로, 탄산칼슘의 정량을 통해 물의 경도를 측정 Ⅳ. 실험방법 1. 정제수 100mL를 코니컬 비커에 취한 후, Methyl Orange 지시약을 주입한다. 2. 준비된 정제수를, 0.1M HCl 표준용액을 이용하여 적정한다. (적정 전에는 노란색을, 적정 후에는 주황색을 관찰할 수 있을 것이다.) 3. 수돗물을 이용하여 1,2 과정을 진행한다. 단, 수돗물의 경우 처음 물을 틀면 녹물이 나올 수 있기 때문에, 10초가 지난 후 물을 받는다. Ⅴ. 실험결과 1. 정제수(100mL) 1번 2번 3번 사용된 0.1M HCl의 부피(mL) 0.20 0.15 0.30 평균(mL) 0.22 표준편차 0.06244997998 상대표준편차 28% 정제수 100mL 중 존재하는 CaCO _{3}의 질량= Bold 4.4*10 ^{-3}g 2. 수돗물(100mL) 1번 2번 3번 사용된 0.1M HCl의 부피(mL) 0.20 0.15 0.30 평균(mL) 1.23 표준편차 0.1247664485 상대표준편차 10.1% 수돗물 100mL 중 존재하는 CaCO _{3}의 질량= 0.0246g Ⅵ. 과제 1. 조교의 실험 결과 Data Sheet 작성 및 계산과정 적기 1. 정제수(100mL) 평균(mL)= {0.20+0.15+0.30} over {3} =0.22mL1번`편차=(1번`변량)-(평균)=0.20-0.22=-0.02# 2번`편차=(2번`변량)-(평균)=0.15-0.22=-0.07# 3번`편차=(3번`변량)-(평균)=0.30-0.22=0.08 1번`편차제곱=(1번`편차)*(1번`편차)=(-0.02)*(-0.02)=4*10 ^{-4}# 2번`편차제곱=(2번`편차)*(2번`편차)=(-0.07)*(-0.07)=4.9*10 ^{-3}# 3번`편차제곱=(3번`편차)*(3번`편차)=(0.08)*(0.08)=6.4*10 ^{-3} 분산=(편차제곱의`평균)= {4*10 ^{-4} +4.9*10 ^{-3} +6.4*10 ^{-3}} over {3} =3.9*10 ^{-3}표준편차= sqrt {분산} = sqrt {3.9*10 ^{-3}} =0.06244997998상대표준편차= {표준편차} over {평균} *100= {0.06244997998} over {0.22} *100=28% 정제수`100mL`중`존재하는`CaCO _{3} 의`질량# =정제수`100mL`중`존재하는`CaCO _{3} 의`몰수(mol)*CaCO _{3} 의`몰질량(g/mol)# =적정에`사용된`HCl의`몰수(mol)*2*CaCO _{3} 의`몰질량(g/mol)# =적정에`사용된`HCl의`몰농도(mol/L)*HCl`용액의`부피(L)*2*CaCO _{3} 의`몰질량(g/mol)# =0.1mol/L*(0.22*10 ^{-3} )L*2*100.0869g/mol# =2.2*10 ^{-5} mol*2*100.0869g/mol# =4.4*10 ^{-3} g 2. 수돗물(100mL) 평균(mL)= {1.20+1.40+1.10} over {3} =1.23mL1번`편차=(1번`변량)-(평균)=1.20-1.23=-0.03# 2번`편차=(2번`변량)-(평균)=1.40-1.23=0.17# 3번`편차=(3번`변량)-(평균)=1.10-1.23=-0.13 1번`편차제곱=(1번`편차)*(1번`편차)=(-0.03)*(-0.03)=9*10 ^{-4}# 2번`편차제곱=(2번`편차)*(2번`편차)=(0.17)*(0.17)=0.0289# 3번`편차제곱=(3번`편차)*(3번`편차)=(-0.13)*(-0.13)=0.0169 분산=(편차제곱의`평균)= {9*10 ^{-4} +0.0289+0.0169} over {3} =0.01556666667표준편차= sqrt {분산} = sqrt {0.01556666667} =0.1247664485상대표준편차= {표준편차} over {평균} *100= {0.1247664485} over {1.23} *100=10.1% 수돗물`100mL`중`존재하는`CaCO _{3} 의`질량# =수돗물`100mL`중`존재하는`CaCO _{3} 의`몰수(mol)*CaCO _{3} 의`몰질량(g/mol)# =적정에`사용된`HCl의`몰수(mol)*2*CaCO _{3} 의`몰질량(g/mol)# =적정에`사용된`HCl의`몰농도(mol/L)*HCl`용액의`부피(L)*2*CaCO _{3} 의`몰질량(g/mol)# =0.1mol/L*(1.23*10 ^{-3} )L*2*100.0869g/mol# =1.23*10 ^{-4} mol*2*100.0869g/mol# =0.0246g

자연과학| 2021.07.15| 4페이지| 2,000원| 조회(410)

평균, 표준편차, 물의 경도, 상대표준편차

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탄산염(Na2CO3)과 탄산수소염(NaHCO3) 혼합물 분석1

분석화학 및 실험Ⅰ 과목 수1234 분석화학 및 실험Ⅰ 제출일 2021.5.24. 이름 탄산염( Na _{2} CO _{3})과 탄산수소염( NaHCO _{3}) 혼합물 분석Ⅰ Ⅰ. 실험목적 탄산염과 탄산수소염의 혼합물을 직접적정과 역적정을 이용하여 알칼리도를 확인하고, 정량분석한다. Ⅱ. 실험재료 탄산소듐, 탄산수소소듐, 수산화소듐, 염산, 염화바륨 2수화물, Bromocresol Green, Phenolphthalein, 500mL 부피 플라스크, 250mL 부피 플라스크, 뷰렛, 코니컬 비커 필요한 용액 - 0.1M HCl 표준용액 500mL 부피 플라스크에 정제수 약 200mL를 가한 후, HCl 4.3mL를 첨가한 후 표선까지 정제수로 용해 - 0.1M NaOH 표준용액 250mL 부피 플라스크에 정제수 약 100mL를 가한 후, NaOH 1.05g을 첨가 후 표선까지 용해 - Bromocresol Green 지시약 20mL 에탄올에 Bromocresol Green 0.04g을 용해시킨 후 정제수 80mL 첨가 - Phenolphthalein 지시약 50mL 에탄올에 Phenolphthalein 0.05g을 용해시킨 후, 정제수 50mL 첨가 - 10%(w/w) BaCl _{2} BULLET 2H _{2} O 용액 BaCl _{2} BULLET 2H _{2} O 10g을 100mL 부피 플라스크에 정제수로 용해 Ⅲ. 실험원리 - 산성조건 하 적정 시 HCO _{{} ^{3}} ^{-} +H ^{+} -> H _{2} CO _{3} (aq)`(NaHCO _{3} 의`반응)# CO _{3} ^{2-} (aq)+H ^{+} (aq) -> HCO _{3} ^{-} (aq)`/`HCO _{3} ^{-} (aq)+H ^{+} (aq) -> H _{2} CO _{3} (aq)`(Na _{2} CO _{3} 의`반응)- 염기조건 하 적정 시 HCO _{3} ^{-} (aq)+OH ^{-} (aq) -> CO _{3} ^{2-} (aq)`(NaHCO _{3} 의`반응)# CO _{3} ^{2-} (aq)+Ba ^{2+} (aq) -> BaCO _{3} (s,`흰색)- 탄산염( Na _{2} CO _{3})와 탄산수소염( NaHCO _{3})이 섞여있는 미지시료에서, 산성조건에서의 반응을 통해(직접적정) 미지시료의 알칼리도를 측정하고, 염기조건을 통한 역적정을 통하여 탄산수소염을 정량하여, 실제 미지시료 내에 존재하는 탄산염과 탄산수소염의 비율을 정량 Ⅳ. 실험방법 - 총 알칼리도 확인 1. Na _{2} CO _{3}와 NaHCO _{3}가 섞여있는 미지시료를 2.0g~2.5g을 정확히 칭량 후, 250mL 부피 플라스크에 정제수로 용해한다. 2. 코니컬 비커에 미지시료 용액 25mL와 Bromocresol Green 지시약을 주입한다. 3. 0.1M HCl 표준용액을 이용하여 미지시료를 적정한다. (적정 전에는 청색을, 적정 중에는 연두색을, 적정 후에는 에메랄드색을 관찰할 수 있을 것이다.) - 시료용액 중 존재하는 NaHCO _{3}의 양 확인 1. 코니컬 비커에 미지시료 용액 25mL, 0.1M NaOH 표준용액 50mL를 첨가한다. 2. 10mL 10%(w/w) BaCl _{2} BULLET 2H _{2} O 용액 첨가 후, 페놀프탈레인 지시약을 첨가한다. 3. 0.1M HCl 표준용액으로 역적정한다. ( BaCl _{2} BULLET 2H _{2} O 첨가 전에는 분홍색을, 첨가 후에는 탁한 분홍색을, 적정 후에는 탁한 흰색을 관찰할 수 있을 것이다.) Ⅴ. 실험결과 1번 2번 3번 적정에 사용된 0.1M HCl의 부피(mL) 37.00 36.35 37.30 평균(mL) 36.88 표준편차 0.4856 상대표준편차 1.312% 총 알칼리도 13.16351916 1번 2번 3번 시료용액에 가해진 0.1M NaOH의 부피(mL) 50.00 50.00 50.00 적정한 0.1M HCl의 부피(mL) 25.60 25.70 26.00 반응하고 남은 NaOH의 몰수 2.56*10 ^{-3}2.57*10 ^{-3}2.60*10 ^{-3} 평균 2.58*10 ^{-3} 표준편차 2.08*10 ^{-3} 상대표준편차 0.808% 시료 중 존재하는 NaHCO _{3}의 질량(g) 0.203 Ⅵ. 과제 1. 조교가 직접적정을 통해서 얻어낸 결과로 미지시료의 총 알칼리도를 구하시오. 미지시료에 들어있는 Na _{2} CO _{3}와 NaHCO _{3}의 정확한 양을 알 수 없기에 중화적정시 이용된 HCl을 활용하여 식을 세워야 한다. 미지용액을 25mL를 적정하기 위해 0.1M HCl 36.88mL를 사용했으므로, MV=M'V'라는 묽힘공식을 이용하면 다음과 같다. `(미지용액의`몰농도)*25mL=0.1M*36.88mL# 미지용액의`몰농도= {0.1M*36.88mL} over {25mL} =0.14752M# 그러므로`수소`이온의`농도가`0.14752M이므로,# pOH(총`알칼리도)=14-pH# ```````````````````````````````````````````````````````````````=14+log(0.14572)# ```````````````````````````````````````````````````````````````=14-0.8364808374# ```````````````````````````````````````````````````````````````=13.16351916 2. 조교가 역적정을 통해서 얻어낸 결과로 NaHCO _{3}의 함량을 구하시오. 0.1M= {시료`용액에`가해진`NaOH`몰수} over {50.00*10 ^{-3} L}# 시료`용액에`가해진`NaOH``몰수=(50.00*10 ^{-3} *0.1)mol# `````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````=`5*10 ^{-3} mol# 반응에`사용된`NaOH``몰수=5*10 ^{-3} mol-반응하고`남은`NaOH`의`몰수# `````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````=5*10 ^{-3} mol-2.58*10 ^{-3} mol# `````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````=`2.42*10 ^{-3} mol# `````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````=`반응에`사용된`NaHCO _{3} 의`몰수시료`중`존재하는`NaHCO _{3} 의`질량(g)=NaHCO _{3} 의`몰질량*반응에`사용된`NaHCO _{3} 의`몰수# ```````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````=84.0066gmol ^{-1} *2.42*10 ^{-3} mol# ```````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````````=0.203g 3. 직접적정과 역적정의 차이점에 대하여 서술하시오. 직접적정은 적정 시약(titrant)을 반응이 완결될 때까지 분석물(analyte)에 가하는 적정 방법을 이야기한다. 반면 역적정은 시료 용액에 표준액의 일정 과잉량을 가하여 충분히 반응시킨 후, 반응 나머지 표준액을 별도의 표준액으로 적정하여 문제의 성분량을 간접적으로 구하는 적정 방법을 이야기한다. 직접적정은 목적성분이 포함되어 있는 것은 물론이거니와 농도를 사전에 알고 있는 표준용액으로 적정해야 한다는 유의점이 있다. 역적정을 사용하는 경우는, 주로 반응 속도가 느려 종말점을 찾는데 어려움이 존재하는 경우이다. 역적정을 사용하는 대표적인 예로는 유기화합물을 이야기할 수 있다. 이외에도 적정하는 동안 분해 반응이 일어나거나 시료의 일부가 휘발되어 소실될 때, 침전의 용해도가 클 때도 오차를 줄이기 위해 역적정을 활용한다고 한다. Ⅶ. 참고문헌 “직접적정”, , https://terms.naver.com/entry.naver?docId=6173766&cid=62802&categoryId=62802 “역적정”, , https://terms.naver.com/entry.naver?docId=607883&cid=42420&categoryId=42420 1) “직접적정”, , https://terms.naver.com/entry.naver?docId=6173766&cid=62802&categoryId=62802 (2021.05.24.) 2) “역적정”, , https://terms.naver.com/entry.naver?docId=607883&cid=42420&categoryId=42420 (2021.05.24.)

자연과학| 2021.07.15| 4페이지| 2,000원| 조회(536)

알칼리도, 역적정, 함량, 혼합물 분석, 직접적정

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자연과학| 2021.04.05| 6페이지| 1,000원| 조회(599)

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키르히호프의 법칙 결과노트

키르히호프의 법칙 과목 화5678 일반물리학 및 실험Ⅱ 담당 교수 제출일 2020.11.10. Ⅱ. 실험결과 및 데이터 회로1 회로2 회로3 회로4 측정값 I _{1}(uA) 7.5mA 2.5mA 7.5mA I _{2}(uA) 5mA 7.5mA 2.5mA 7.5mA I _{3}(uA) 5mA 5mA 0mA R _{1}(Ω) 201.31kΩ 201.31kΩ 201.31kΩ 201.31kΩ R _{2}(Ω) 201kΩ 201kΩ 201kΩ 201kΩ R _{3}(Ω) 201.09kΩ 201.09kΩ 201.09kΩ 201.09kΩ E _{1}(V) 1.6058V 1.6058V 1.6058V E _{2}(V) 1.6025V 1.6025V 1.6025V 1.6025V 이론값 I _{1이론} 7.975mA 2.665mA 7.975mA I _{2이론}3.985mA 7.975mA 2.653mA 7.974mA I _{3이론}3.985mA 5.314mA -0.001mA R _{이론}20 TIMES 10 ^{9}Ω ( ±5%) 20 TIMES 10 ^{9}Ω ( ±5%) 20 TIMES 10 ^{9}Ω ( ±5%) 20 TIMES 10 ^{9}Ω ( ±5%) 오차 I _{1}(%) 5.956 6.191 5.956 I _{2}(%) 25.471 5.956 5.767 5.944 I _{3}(%) 25.471 5.909 100 Ⅲ. 실험결과 분석 및 고찰 - 실험결과 분석 실험결과 회로1에서는 I _{2}와 I _{3}가 동일하다는 사실을 확인할 수 있었으며, 회로2에서는 I _{1}과 I _{2}이 동일하다는 사실을 확인할 수 있었다. 또한 회로3에서는 I _{1}과 I _{2}가 동일하며, I _{3}는 I _{1}과 I _{2}를 더한 값이라는 사실을 확인할 수 있었다. 마지막으로 회로4에서는 I _{1}과 I _{2}가 동일하며, I _{3}는 I _{1}과 I _{2}의 차라는 사실을 확인할 수 있었다. 이를 통해 회로 내의 어느 점을 취해도 그곳에 흘러 들어오거나(+) 흘러 나가는(-) 전류를 음양의 부호를 붙여 구별하면, 들어오고 나가는 전류의 총계는 0이 된다는 내용의 키르히호프의 법칙이 성립함을 확인할 수 있었다. 다음으로 오차율에 대한 설명을 하자면 전류 I의 오차율은 회로4에서 I _{3}이 대략 100퍼센트로 가장 높은 수치를 보였으며, 회로1에서 I _{2}와 I _{3}이 대략 25.471퍼센트로 두 번째로 높은 수치를 보였다. 이 세 가지 경우를 제외하고는 전체적으로 살펴보았을 때 오차율이 대부분 10퍼센트 미만으로 비교적 낮은 수치를 보인다는 사실을 알 수 있다. 그러므로 이 실험은 성공적인 실험에 가깝다고 이야기할 수 있다. 문제가 되는 것은 회로4의 I _{3}와 회로1의 I _{2}와 I _{3}이다. - 오차원인 분석 이러한 오차가 발생한 원인으로는 총 다섯 가지를 이야기할 수 있다. 첫 번째는 회로4의 I _{3}를 측정할 때, 전류가 너무 낮아 전류 측정기기에 정확한 값이 표기되지 않았을 경우이다. 실험에서 활용한 기기로는 소수 첫째 자리까지만 눈금으로 확인할 수 있기에 가장 가까운 값인 0mA를 측정값에 표기하였다. 그러나 이후 이론값을 계산하고 소수 넷째 자리에서 반올림한 값이 -0.001mA인 것으로 보아, 전류가 너무 약해 제대로 된 실험값을 얻지 못했기에 큰 오차율이 발생한 것이 아닐까 하는 생각을 가지게 되었다. 두 번째는 회로1에서 역시 전류 측정기기에 정확한 값이 표기되지 않았을 경우이다. 앞서 언급했다시피 전류 측정기기는 소수 첫째 자리까지만 눈금으로 확인할 수 있는데, 앉은 자리에 따라 눈금의 위치가 미세하게 차이가 난다. 그렇기에 정확한 실험값을 기재하지 못하였고, 이로 인해 오차율이 대략 30퍼센트에 육박하는 수치를 보인 것이다. 세 번째는 전지의 전압이 제대로 측정되지 않았을 경우이다. 이 실험에서는 동일한 회사의 전지임에도 불구하고 두 개의 전지의 전압을 각각 따로 측정한 뒤 실험값에 기재하였다. 실험에 사용한 전지는 1.5V라고 알려져 있음에도 불구하고 1.6V에 육박하였다. 그러므로 전압 측정 기기의 오류로 전지의 전압이 잘못 측정된 것이 아닐까 하는 생각을 가지게 되었다. 회로에서 전압과 전류, 저항 사이의 관계를 설명하기 위해 사용되는 옴의 법칙, V=IR을 활용하여 전류의 이론값을 구한 것이기에, 전압의 측정값에 오류가 있을 경우 전류의 이론값에도 영향을 미치지 않았을까 하는 생각을 가지게 되었기 때문이다. 네 번째는 저항의 값이 제대로 측정되지 않았을 경우이다. 실험에 활용한 저항 R _{1}과 R _{2}, R _{3}의 경우 이론값이 20 TIMES 10 ^{9}Ω로 동일한 저항, 다시 말해서 같은 종류의 저항을 활용했음에도 불구하고 저항 측정 기기로 저항 값을 측정한 결과 서로 다른 값을 나타낸 것이 그 근거이다. 각 저항의 결함으로 처음부터 저항 값에 차이가 존재했거나 저항 측정 기기로 측정한 값에 오류가 있었을 것이라는 이야기이다. 저항 역시 전류의 이론값을 구하기 위해 적용하는 옴의 법칙에 이용되는 값으로, 전류의 오차율에 영향을 미쳤을 것이라는 이야기이다. 다섯 번째는 계산 과정에서 소수점 넷째 자리 이후의 값이 영향을 미쳤을 경우이다. 계산 과정의 편의성을 위하여 이 실험에서는 전지의 전압 값을 제외하고는 소수점 넷째 자리에서 반올림한 값을 이론값으로 활용했기에, 소수점 넷째 자리 이후의 값이 전류의 오차율에 영향을 미쳤을 가능성을 배제할 수 없다. - 고찰 정리하자면, 이 실험은 균일한 전류가 흐르는 저항, 전지가 직렬 · 병렬로 연결된 회로에서 각 저항에 흐르는 전류를 구하는 규칙인 키르히호프의 법칙이 성립함을 회로1과 회로2, 회로3, 회로4를 통하여 확인한 실험이라고 이야기할 수 있다. 이 실험을 통해 키르히호프의 법칙은 예외 없이 모든 전자 회로에서 적용되는 법칙이라는 사실을 알게 되었다. 전류의 이론값과 실험값 비교를 통하여 오차율을 구하는 것을 목표로 하였기에, 비교적 유사한 구조의 회로들을 활용했다는 점에서 아쉬움이 남는다. 그렇기에 기회가 된다면 더욱 다양한 구조의 전자 회로에 키르히호프의 법칙이 성립한다는 사실을 증명해보고 싶다는 생각을 가지게 되었다. 또한 4개의 띠를 통해 색 저항의 저항 값을 구하는 방법을 익힐 수 있었다. 이번 실험에서는 이론값이 20 TIMES 10 ^{9}Ω인 저항만을 활용하였지만 다른 색의 저항을 보고 저항 값을 구하는 방법을 더욱 확실히 익히고 싶다는 생각을 가지게 되었다. 또한 그 과정에서 4개의 띠를 제외하고 저항 값에 영향을 미치는 요소에는 무엇이 있을까 하는 의문을 가지게 되었다. Ⅳ. 참고문헌 경기대학교 일반물리학실험교재편찬위원회, 『(이·공대생을 위한) 일반물리학실험』, 북스힐, 2007. Raymond A. Serway, John W. Jewett, 『최신대학물리학Ⅱ』, 북스힐, 2014. “옴의 법칙”, , http://www.kps.or.kr “키르히호프의 법칙”, , http://www.sgs.co.kr/kr/ “키르히호프의 법칙”, , https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1660216&cid=50324&categoryId=50324 “키르히호프의 법칙”, , https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=941173&cid=47338&categoryId=47338 1) “키르히호프의 법칙”, , https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1660216&cid=50324&categoryId=50324 (2020.11.10.) 2) “옴의 법칙”, , http://www.kps.or.kr (2020.11.10.) 3) “키르히호프의 법칙”, , https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=941173&cid=47338&categoryId=47338 (2020.11.10.)

자연과학| 2021.04.05| 5페이지| 1,000원| 조회(504)

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