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금오공대 화학적 특성평가 "졸겔" 보고서 평가A+최고예요

Ⅰ. 실험 제목 : 졸겔 반응Ⅱ. 실험 목적TEOS를 이용하여 Sol-Gel 반응 실험을 통해 나노재료 합성을 하고 재료 합성에 관한 조건 및 이론적 해석을 살펴본다. Sol을 제조하는 실험 과정을 거친 후 Gel로 만들어 3일동안 높이와 부피를 측정하여 그 변화를 살펴보고 관련 이론을 공부하고 분석한다.Ⅲ. 실험 이론1. Sol-gel의 관련 개념? Sol-gel 반응: 금속 알콕사이드는 또는 비알콕사이다 원료를 이용하여 가수분해와 축합반응을 통해 졸을 제조한 후 반응을 계속 진행하여 gel로 고화하고, gel을 가열/소결 과정을 거쳐 금속산화물 고체를 제조하는 방법? Colloid : 보통의 분자나 이온보다 크고 지름이 1nm~1000nm 정도의 미립자가 액체와 기체에 nano 크기의 미립자가 분산되어 있는 상태를 콜로이드 상태라고 한다. 콜로이드 상태로 되어있는 전체 상태를 그리고 콜로이드라고 한다. 생물체를구성하고 있는 물질의 대부분이 콜로이드이다.? Sol : 콜로이드(colloid) 입자가 액체 중에 분산되고 있어 충분한 유동성을 가지고 장시간 안정한 상태로 분산되어 있는 형태? Gel : 콜로이드(colloid) 용액이 일정한 농도 이상으로 진해져서 튼튼한 그물조직이 형성되어 굳어진 것을 말한다. sol 상태에서 용매가 증발하거나 입자간의 결합으로 인하여 유동성을 잃어 자립할 수 있는 고체 상태가 된 것이다. 한천, 두부, 실리카겔 등의 히드로겔과 흡착제로 널리 이용되는 규조토, 산성백토와 같은 크세로겔이 있다.? 현탁액 : 액체 속에 미소한 고체의 입자가 분산해서 떠 있는 것이다. 콜로이드 입자보다 큰 고체입자(직경 약 0.1㎛ 이상)가 분산되어 있는 액인데, 콜로이드 입자가 분산되어 있는 액을 현탁질이라고 한다. 미립자가 장기간 현탁 상태에 있기 위해서는 미립자의 표면이 액과 친화성이 있어야 하고, 미립자가 동일한 하전을 띠고 있어 서로 접근하는 것을 방해하는 조건이 필요하다.2. Sol-Gel법의 정의금속의 유기 및 무기 화합물을 용액으로 하소지를 단단하게 함.- 겔이 건조되면서 수축- 수축이 더 진행되면서 소결중에 기공이 닫힘- 최종적으로 기공이 제거된 소자나. 콜로이드(colloid) 졸겔법: 실라놀기와 실록산기에 의한 수소결합에 희해서 수중에서 현탁되어 있던 콜로이드성 실리카 졸을 입자들의 화합에 의해 겔화시켜서 무기재료를 얻는 방법- 평균 직경이 50~500nm의 균일한 콜로이드 입자로 된 졸- 성형한 건조 소지에 조밀하게 충진된 입자들- 기공의 크기가 점차 감소하지만 기공은 완전히 제거되지 않으면서 소지의 점진적인 소결과 수축의 진행- 최종적으로 기공이 제거된 소지다. 알콕사이드 졸겔법과 콜로이드 졸겔법 차이알콕사이드로부터 제조되는 중합겔은 공유결합에 의해 연결되므로 기계적 힘에 의해 재분산이 되지 않는 비가역적이고 영구적인 겔로서 화학적 겔로 볼 수 있다. 반면에 콜로이드 졸겔법에서 반데르 발스힘에 의해 형성되는 입자겔은 분산이 가역적이므로 물리적 겔이다.2) 졸겔 반응 공정① 가수분해 반응 : 가수분해 과정은 물을 첨가함으로써 이루어지는데, 알콕사이드 그룹(OR)을 하이드록시 그룹(OH)으로 치환하는 과정이다.② 탈알콜 반응 : 이어지는 응축과정은 M-OH 그룹들이 M-O-M 결합을 만들면서 부산물로 물과 알코올을 만드는 과정이다. 대부분의 조건하에서 응축과정은 가수분해 과정이 끝나기 전에 시작된다.③ 탈수반응 : M-O-M 결합의 수가 증가하면 각각의 분자들은 브리지를 형성하여 졸 내에서 응집하게 된다. 이 졸 입자가 응집하거나 서로 엉켜 겔이 형성된다. 겔을 건조하면 망상구조에 갇혀 있던 물이나 알코올이 빠져나오면서 망상구조가 쭈그러들게 되어 응축과정이 더욱 더 쉽게 된다.3) 화학적 반응의 단계위의 세 종류의 반응에 있어서 화학반응은 아래와 같이 3단계의 과정에 따라 진행된다.가. 1단계 : 친핵 부가반응(Nucleophilic addition)→ 양으로 하전된 금속원자 M에 음으로 하전된 OH그룸의 친핵 부가반응나. 2단계 : 양성자의 전이(Protonic reorganizat법으로 많이 사용되는 스퍼터링이나 화학기상증착법(CVD) 등에 비해 유리하며 그 외에도 공정의 제어가 쉽고, 다양한 기능성을 현장에서 조절하면서 생산효율을 높일 수 있는 특징을 가지고 있다.? 치밀하게 소결되는 다결정질 세라믹스 조성이 저온에서 생성? 고도의 균일성이 용이하게 달성? 통상의 방법으로 만들 수 없는 새로운 조성의 유리 및 세라믹스의 제조가 가능? 미세하고 균일한 입자로 이루어진 다결정질 세라믹스 합성이 가능? 스퍼터링(sputtering)이나 화학기상증착법(CVD : Chemical vapor deposition) 등에 비해 균일하면서 생산효율이 높음.→ 졸겔법은 유리와 세라믹스를 제조하는 새로운 접근방법을 제시해 주었다.6. 졸겔법의 장점과 단점(1) 졸겔법의 장점졸겔법에 가장 널리 사용되고 있는 금속화합물로는 금속알콕시드와 알콕시실란 등인데 그 이유는 이들이 물과의 반응성이 매우 좋기 때문이다. 이들 금속알콕시드의 반응성의 제조공정은 제조공정의 실용화면에서도 유리하며 현장에서 제조공정의 조절이 가능한 장점이 있다.저온합성이 가능하여 저온공정으로 세라믹스의 제조가 가능하다. 그리고 새로운 조성의 재료 합성을 할 수 있어 새로운 조성의 유리 및 세라믹스의 제조가 가능하다. 균질성을 향상 시킬 수 있고 미립자 세라믹스의 합서이 가능하여 입경이 고른 고성능의 소결체가 제조가 가능하다. 생산 효율성 향상을 시킬 수 있어 스퍼터링, CVD에 비하여 생산 비용이 저렴하다. 비교적 넓은 면적의 균일한 제조자 가능하다.(2) 졸겔법의 단점출발원료가 고가이며 공정중에 수축이 발생한다. 그리고 수산기(-OH)가 잔존하며 독성유기 용액을 사용하며 미세 기름이 잔존한다.5. 졸겔 반응에서 사용되는 금속 화합물의 종류6. TEOS (테트라 에톡시 실란)Tetra-ethly-ortho-silicate는 silane 가스와 함께 반도체 산화막(SiO2) 증착용 재료로 알려져 있으며 상온에서 액상이고 연소능력과 유독성은 알코올과 비슷하다고 알려져있다. TEOS는 3단계의 하루동안 방치하여도 2개의 액체로 나누어진 채로 있다. 다만 상을 더하면 즉시 가수분해하여 희게 탁해져 에탄올과 SiO2가 된다.7. GPTS(글리시톡시프로필트리 메톡시 실란)Glycidoxypropyl-trimethoxy Silane의 줄임말고 가수분해, 축합반응으로 무기 실록산 네트워크를 형성하는 알콕사이드기와 유기 네트워크를 형성할 수 있기 때문에 다른 비반응성 유기기를 가진 실란제보다 고밀도의 물질을 만들어낼 수 있다. 화학식은 CaH26O5Si 이고 두 개의 반응기가 존재한다. 하나는 무기소재와 화학 결합하는 반응기 메폭시기가 전이 특성을 이용하여 실리카의 표면 재질, 합성 수지, 도료 접착제 분야에 사용되고 있다.Ⅳ. 실험 방법1. 출발용액 에탄올 10mL와 GPTS 0.01mol을 섞어 용액을 제조하고 이를 10분간 교반한디.2. TEOS를 제조된 용액에 혼합하여 15분간 교반한다.(10% = 0.21g , 30% = 0.63g, 50% = 105g)3. 증류수 1.8mL를 첨가하고 20분간 교반한다.4. HCl 스포이드로 1~2방울을 추가하고 10분간 교반한다.5.. 시약통에 용액을 채운 뒤 50℃에서 3일간 건조 시킨다. 그리고 24시간마다 높이를 측정한다.Ⅴ. 실험 결과초기(6시)목(6시)금(6시)토(6시)높이변화량부피변화량10%37mm11mm8mm6mm31mm83.830%39mm10mm8mm5mm34mm87.1850%38.5mm8.5mm7mm6mm32.5mm84.42 24시간 후 48시간 후 72시간 후1. 용액들의 분자량GPTS : 236.34g/molTEOS : 208.33g/molHCl : 36.45g/mol2. 사용량 계산하기(1) GPTS 사용량236.34g/molTIMES 0.01mol = 2.3634g(2) TEOS 사용량-TEOS 10%208.33g/molTIMES 0.001mol = 0.208g-TEOS 30%208.33g/molTIMES 0.003mol = 0.625g-TEOS 50%208.33g/molTIMES 0.00mm-10mm} over {39mm} TIMES 100`=`74.4%- 50% TEOS{38.5mm-8.5mm} over {38.5mm} TIMES 100%`=`77.9%(2) 48시간 후- 10% TEOS{37mm-8mm} over {37mm} TIMES 100`=`78.4%- 30% TEOS{39mm-8mm} over {39mm} TIMES 100`=`79.5%- 50% TEOS{38.5mm-8.5mm} over {38.5mm} TIMES 100%`=`81.8%(3) 72시간 후- 10% TEOS{37mm-6mm} over {37mm} TIMES 100`=`83.8%- 30% TEOS{39mm-5mm} over {39mm} TIMES 100`=`87.2%- 50% TEOS{38.5mm-6mm} over {38.5mm} TIMES 100%`=`84.4%Ⅵ. 결론 및 고찰이번 실험은 졸겔법을 이용해 나노재료를 합성하고 TEOS 조건에 변화를 주어 변화를 관찰 후 결과에 대해 분석해보았다. 먼저 졸겔법이란 금속 알콕사이드는 또는 비알콕사이드 원료를 이용하여 가수분해와 축합반응을 통해 졸을 제조한 후 반응을 계속 진행하여 gel로 고화하고, gel을 가열/소결 과정을 거쳐 금속산화물 고체를 제조하는 방법이다. TEOS를 10%, 30%, 50%로 변화를 주어 결과를 관찰해보았고 이를 총 3일에 걸쳐 높이 변화를 확인해보았다.sol 침전 공정에 의해 분말입자가 제조되는 근본적 원리는 실리카 과포화 용액 내에서 입자의 생성과 성장에 의거한다. TEOS 반응물이 가수분해/축합반응을 통해 실리카가 합성되지만 실리카는 매우 낮은 용해도를 가지고 있으므로 합성된 실리카는 불안정한 상태의 과포화로 존재한다. 이 과포화 용액이 열역학적으로 매우 불안정하기 때문에 용액 내에 용존상태로 존재하지 못하여 실리카 고체로 석출되게 되는 것이다. 만약 과포화의 정도가 낮은 경우 입자가 생성되지 않은 준안정영역에 있으며 이 영역의 크기는 물질에 따라 차이가 있다. 그리고 입자의 생성속도는

자연과학| 2023.05.01| 10페이지| 4,000원| 조회(493)

보고서, 금오공대, 졸겔, 화특, 화학적 특성평가

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금오공대 일반 물리학 실험 "자유낙하운동" 보고서

자유낙하운동 실험보고서자유낙하하는 물체의 운동시간과 거리를 측정하여 지구중력장에서의 중력가속도를 구한다.처음속도가 없이 정지 상태에서 중력만 받아 떨어지는 물체의 운동을 자유낙하 운동이라 한다.식 9.1의 등가속도 운동 방정식에서 처음속도를 0, 낙하위치를 기준점으로 잡으면y _{0=0} 이 되어y=y _{0} +v _{0} t+ {1} over {2} gt ^{2} (9.1)y= {1} over {2} gt ^{2} (9.2)식 9.2와 같이 된다. 자유낙하 운동에서 공기의 저항은 무시하기로 한다.본 실험에서는 강체구가DELTAy 만큼 낙하하였을 때 걸린 시간 t를 측정하여 그 결과로부터 식 9.3에 대입하여 중력가속도g를 구할 수 있다.g= {2(y _{2} -t _{1} )} over {t ^{2}} = {2 DELTAy} over {t ^{2}} (9.3)수식으로부터 중력가속도는 추의 질량에는 무관하고 오직 낙하거리와 시간에만 의존함을 알 수 있다.1. 강체구 A(d=1.6cm)y _{1}(cm)y _{2}(cm)DELTAy(=y _{1} -y _{2} -d)tt ^{2}t ^{2} /2951.591.90.4250.1800.090931.589.90.4190.1750.088911.587.90.4150.1720.086891.585.90.4100.1680.084871.583.90.4040.1630.082851.581.90.4000.1600.080831.579.90.3960.1560.078811.577.90.3910.1520.076791.575.90.3850.1480.074771.573.90.3790.1430.072강체구A의 중력가속도:g= {2(y _{2} -y _{1} )} over {t ^{2}} = {2 DELTAy} over {t ^{2}}= 1021cm/s ^{2}1.쇠구슬의 직경을 측정하고 Holding장치에 부착한다.2.Main Control Unit의 버튼을 누르면 강체구가 낙하하기 시작하고 포토게이트 타이머가 시간기록을 시작한다. 강체구가 Time-of-Pad에 닿는 순간 포토게이트 타이머는 시간을 멈추고 강체구의 운동시간을 표시 할 것이다. 강체구의 운동시간를 5회 반복실험하여 값을 구한다.3.위치를 5cm씩 이동시켜 과정을 반복한다.4.측정값으로부터 x축을 운동시간, y축을 이동거리로 하여 그래프를 작성한다.그래프의 기울기로부터 중력가속도 g를 산출한다.높이를 다르게 하여 낙하시간을 측정하여 중력가속도의 값과 비교해 보았을 때, 차이가 크기 않음을 알 수 있었다. 또한 같은 높이에서 무게를 다르게 하여 낙하시간을 측정하여 중력가속도의 값과 비교하여 보았을 때, 차이가 크지 않음을 알 수 있었다. 이 실험을 통해 약간의 오차가 있었지만, 오차가 생길 수 있는 여러 가지 상황을 감수하여 볼 때, 높이, 무게와 상관없이 중력가속도의 값은 항상 같은 값이 나옴을 알 수 있었다.

자연과학| 2023.05.01| 3페이지| 1,000원| 조회(132)

물리, 보고서, 금오공대, 자유낙하운동, 일반 물리학 실험

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금오공대 일반 물리학 실험 "옴의 법칙" 보고서

옴의 법칙1) 실험 목적옴의 법칙을 공부하고 응용한다. 특히○ 저항 양단의 전위차의 변화에 따른 전류의 변화○ 전압이 일정할 때 저항의 변화에 따른 전류의 변화○ 전류가 일정할 때 저항의 변화에 따른 전압의 변화등을 관찰한다.2) 관련 이론도체에 전압이 가해지면 이 도체에 흐르는 전류는 가해진 전아벵 비례한다. 즉,I`` PROPTO `V (26.1)이다. 이때의 비례상수를1`/`R로 놓았을 때의R의 값을 고 도체의 전기저항이라 한다. 이 관계는 1827년 독일의 물리학자 Georg Simon Ohm이 발견한 것으로 그의 이름을 따서 옴의 법칙이라 한다. 즉 전기저항R은R`=` {V} over {I} (26.2)로 나타내고,V`=`IR 또는I`=`V`/`R로 표현한다. 또한 저항의 단위는 Volt/Ampere이나, 옴의 이름을 빌어 옴이라 하고OMEGA 의 기호를 쓴다.3) 실험기구? 옴의 법칙 실험장치? 전압계(0-30V), 전류계(0-5A), 저항계? 가변직류전원장치, 연결도선4) 실험 방법4.1 저항이 일정할 때 전압에 따른 전류의 변화그림26.2와 같이회로를 연결하기 위해 그림 26.1(좌)와 같은 기판을 다음과 같은 순서로 상용한다.1. 우선 P와 Q를 개방한 상태 - 아무것도 연결하지 않으면 개방된 상태가 됨 -로 스위치 1과 2를 모두 “ON" 시킨다. 이때 가변직류전원장치의 전압조절단추를 돌리면 회로에 공급되는 전원전압이 변한다.2. 기판에 붙어 있는 저항 R은 가변저항이며 임의로 돌릴 경우 저항값이 변한다. 따라서 본 실험에서와 같이 저항값을 고정시키는 조건이라면 실험 도중에 가변저항을 돌려서는 안된다.3. 전류계와 전압계는 기판에 표시된 부분에 양극과 음극이 바뀌지 않도록 잘 연결해준다. 만약 바뀌었다면 바늘이 반대방향으로 움직일 것이나 이는 계측기 고장의 원인이 되므로 주의한다.4. 가변직류전원장치의 전압조절단추를 이용하여 고정저항 양단의 전압 V의 변화에 따른 전류 I의 변화를 전압계와 전류계로 관찰하고 그 결과를 모눈종이에 그린다. 옴의 법칙에 따르면 이 그래프의 기울기의 역수가 저항 R의 저항값이 된다.5. 저항계로 직접 관찰한 저항값을 표준값으로 삼고 그래프에서 얻어진 측정값을 서로 비교한다.4.2 전압이 일정할 때 저항에 따른 전류의 변화그림 26.3과 같이 결선하면 전압 V는 일정하게 유지되고 저항 R값의 변화에 따른 전류 I가 변화하게 된다. 이와 같은 실험을 수행하기 위해 다음과 같이 진행한다.1. 전원장치의 전압을 5V이상 공급하지 않도록 한다. 지나치게 많은 전류가 회로에 공급될 경우 저항이 파손되므로 공급전압의 제한값을 반드시 지키도록 한다.2. 그림 26.1의 스위치 2 를 “OFF" 시킨다. 이렇게 되면 앞선 실험에서 사용했던 저항 R 쪽으로는 더 이상 전류가 흐르지 않게 된다.3. 연결이 끊어진 Q지점에 연결도선의 한쪽 끝을 꽂은 다음 그림 26.3과 같이 직렬로 연결된 저항 사이에 나머지 끝을 꽂아준다. 그림에서 측정되는 전류는 저항 70OMEGA 일 때의 값이다.4. 저항 R을 10OMEGA 씩 감소시켜 가면서 전류 I를 측정하여 저항에 따른 전류의 변화를 로그 그래프에 그린다. 이때 그래프의 수평축을 R의 값으로 하고 수직축을 I의 값으로 하면, lnI = lnV - lnR에서 직선의 기울기는 -1 이고, 절편에서 전압값을 확인할 수 있다.5. 전압계의 지시값을 표준값으로 삼아서 그래프에서 얻어진 측정값을 서로 비교한다.4.3 전류가 일정할 때 저항에 따른 전압의 변화이 회로에서 전류 I는 일정하게 유지되며 저항값의 증가에 따라 전압 V가 증가한다. 즉 이 회로는 전압분할기의 역할을 한다. 그림 26.4와 같이 결선하기 위해선 다음과 같이 진행한다.1. 여전히 스위치 2는 꺼진 상태에서 P와 Q를 연결선을 이용해 이어준다. 이때 전류계의 눈금이 100mA를 넘지 않도록 주의한다.2. 전압계의 “ - ” 단자를 뽑아 그림 26.4와 같이 저항 사이에 꽂아준다. 그림에서 관찰되는 전압은 저항 70OMEGA 일 때의 값이다.3. 단자를 옮겨가면서 저항값의 변화에 따른 전압의 변화를 기록한다.4. 그래프에 수평축을 R의 값, 수직축을 V의 값으로 하면V`=`IR에서 직선의 기울기는 전류값이 되어야 한다. 전류계의 지시값을 표준값으로 삼아서 그래프에서 얻어진 측정값을 서로 비교한다.1. 저항이 일정할 때 전압에 따른 전류의 변화전압(V)전류(mA)**************************040※ 저항값 = 250ohm※ 측정값 (기울기 역수) = 250ohm - 위의 식은 mA이기 때문에 A로 바꿔 주어야한다. 그러하므로 1mA =1TIMES `10 ^{-3} A 바꾸어{1} over {4 TIMES10 ^{-3}} =250 ohm 이다.※ % 오차 ={250-250} over {250} TIMES100=0%2. 전압이 일정할 때 저항에 따른 전류의 변화저항(OMEGA )전류(mA)*************2**************************500105509※ 전압값 = 5V방정식y=-0.022lnx+0.1468※ 측정값(y절편) = 0.968 V- 위의 식은 mA이기 때문에 A로 바꿔 주어야한다. 그러하므로 1mA =1TIMES `10 ^{-3} A 바꾸어 저항이 0OMEGA 일 때 기준의 절편은 log 값이라 구할 수가 없어서 값이 편한 10OMEGA 일 때 구하면 y = (-0.05 + 0.1468)TIMES 10 = 0.968

자연과학| 2023.05.01| 7페이지| 2,500원| 조회(140)

물리, 보고서, 금오공대, 옴의 법칙, 일반 물리학 실험

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금오공대 일반 물리학 실험 " 슬릿을 이용한 빛의 간섭과 회절" 보고서

슬릿을 이용한 빛의 간섭과 회절1. 실험의 목적레이저 광의 성질을 이용하여 단일 및 이중 슬릿에 의한 Fraunhofer 회절무늬로부터 빛의 성질인 간섭과 회절을 이해하고, 슬릿의 폭과 간격을 측정한다.2. 실험의 이론파동의 파장과 비교될만한 크기의 장애물이나 구멍을 파동이 만나게 될 때에는 회절이라는 현상이 생긴다. 이 회절현상을 장애물의 위치에서 파동을 세분화하여 무한개의 파원(wave source)을 만들며, 이들 파원이 진행하면서 서로 간섭하게 되면서 발생한다. 프레넬회절은 장애물 근처에서의 효과이며, 프라운호퍼회절은 장애물로부터 먼 거리에서 일어나는 효과를 기술한다.2.1 단일슬릿그림 40.1 단일 슬릿에 의한 회절그림 40.1에서 평면파인 레이저 광이 하나의 슬릿에 수직으로 입사한다고 생각하자. 슬릿은 장애물이 되므로 레이저 광이 변형되어 슬릿으로 막혀진 뒷부분까지 전달되는 회절현상이 발생한다. 그림 40.1의 단일 슬릿에 의한 프라운호퍼 회절에서 파의 간섭에 의한 강도변화를 살펴보자. 이 회절무늬를 분석하기 위해서는 슬릿을 반으로 나누어 생각하는 것이 편리하다. 슬릿의 제일 아래에서 출발한 광선은 중앙에서 출발한 광선보다(a/2)sin theta의 경로차 만큼 더 진행한다. 여기서a는 슬릿의 폭이다. 마찬가지 이유로 슬릿의 중앙에서 출발한 광선과 맨 위에서 출발한 광선의 경로차도 동일하다. 이 경로차가 정확하게 파장의 1/2이 되면 두 파동을 위상차가180 DEG가 되므로 소멸간섭을 일으킨다. 따라서{ a} over {2 } sin theta= +- { lambda } over {2 }sin theta= +- { lambda } over {a }이 된다.비슷한 방법으로 슬릿을 네 부분으로 나누면 다음과 같은 경우에 스크린이 어두워진다.sin theta= +- {2 lambda } over {a }마찬가지로 슬릿을 여섯 등분하면sin theta= +- { 3lambda } over {a }와 같이 어두운 무늬가 나타난다. 따라서 소멸간섭이 일어날 일반적인 조건은sin theta_dark =m { lambda} over { a}m=+-1,+-2,+-3 CDOTS이 된다.그림에서 슬릿과 스크린 사이의 거리를L이라 하고,sin theta=tan theta로 근사하면 슬릿폭a와m번째 어두운 지점과의 관계는a= { L} over { y_m}m lambda로 주어진다. 여기서y_m은 스크린 중앙의 밝은 지점에서부터m번째 어두운 무늬까지의 거리이다.3. 실험기구레이저(중심파장 650nm)슬릿세트(단일슬릿, 이중슬릿, 다중 슬릿)광학대줄자4. 실험방법1. 슬릿과 스크린 사이의 거리를 (L(cn)) 1m 이상으로 놓습니다.(스크린은 실험실의 벽면을 이용합니다.)2. 레이저가 단일슬릿을 통과한 다음 회절패턴이 스크린에 나타나도록 합니다.3. 스크린에 나타난 회절패턴의 무늬에 A4 용지를 놓고 회절패턴을 그립니다.4. 그린 회절패턴을 가지고y와m의 값을 구합니다.5. 단일슬릿의 폭의 변화에 대하여 반복 실험합니다.(단, 반복 실험할 때는 조건은 동일하게 합니다.)6. 이중슬릿에 대해서도 반복실험을 수행합니다.(위와 같이)7. 책에서 유도될 슬릿의 폭의 크기에 대한 식과 슬릿의 간격에 대한 식의 변수들과의 관계를 생각하면서 실험을 수행합니다.5. 실험결과1. 실험값과 결과1-1. 단일슬릿의 실험제원 적기·lambda : 650 nm· (L) : 1150mm· 슬릿의 폭 : (a) 0.02mm, (b) 0.04mm, (c) 0.08mm, (d) 0.16mm.1-2. 회절패턴의 모양 그리기(단, m 번호와 m 번호까지의 거리 대입하기)(a)(b)(c)(d)1-3. 슬릿의 폭 계산하기(a)m= 1,y= 20mm,L= 1150mm,a= {L} over {y} m lambda = 0.037mm(b)m= 1,y= 18m,L= 1150mm,a= {L} over {y} m lambda = 0.041mm(c)m= 1,y= 8mm,L= 1150mm,a= {L} over {y} m lambda = 0.093mm(d)m= 1,y= 6mm,L= 1150mm,a= {L} over {y} m lambda = 0.125mm1-4. 결과(a) a= 0.037+-0.00mm, (b) a= 0.041+-0.00mm(c) a= 0.093+-0.00mm, (d) a= 0.125+-0.00mm1-5. 분석1.m은 무엇인지 적으시오.m: 중앙의 점을 잡은 곳으로부터 다음 한 점까지의 거리2. 슬릿의 폭이 증가하면 회절패턴은 어떻게 바뀌는지 적으시오.슬릿의 폭이 좁아질수록 회절 무늬는 잘 일어나서, 직사각형 형태로 많은 점으로 나누어져보인다.2-1. 이중슬릿의 실험제원 적기·lambda : 650 nm· 슬릿과 측정장치사이의 거리(L) : 1150mm.· 슬릿의 폭 : (a) 폭= 0.04mm, 간격= 0.25mm, (b) 폭= 0.04mm, 간격= 0.5mm(c) 폭= 0.08mm, 간격= 0.25mm, (d) 폭= 0.08mm, 간격= 0.5mm2-2. 회절패턴의 모양그리기(단, m 번호와 m 번호까지의 거리 대입하기)(a)(b)(c)(d)2-3. 슬릿의 간격 계산하기(a)m= 1,y= 32mm,L= 1150mm,d= {L} over {y} m lambda = 0.023mm(b)m= 1,y= 26mm,L= 1150mm,d= {L} over {y} m lambda = 0.028mm(c)m= 1,y= 12mm,L= 1150mm,d= {L} over {y} m lambda = 0.063mm(d)m= 1,y= 8mm,L= 1150mm,d= {L} over {y} m lambda = 0.093mm2-4. 결과(a) d= 0.023+-0.00mm, (b) d= 0.028+-0.00mm(c) d= 0.063+-0.00mm, (d) d= 0.093+-0.00mm2-5. 분석1.m은 무엇인지 적으시오.m: 중앙의 점을 잡은 곳으로부터 다음 한 점까지의 거리2. 슬릿의 간격이 증가하면 회절패턴은 어떻게 바뀌는지 적으시오.슬릿 사이의 간격이 커질수록 간섭무늬와 간섭무늬 사이의 거리는 반비례하는 것을 실험을통해서 알 수 있었다. 그래프를 보면 간섭무늬 사이의 거리가 더 짧은 것을 볼 수 있다.3. 단일슬릿과 이중슬릿의 비교분석3-1. 단일슬릿과 이중슬릿을 비교하여 보시오.단일, 이중슬릿의 슬릿 폭에 대하여 비교하여 보면, 두 부류가 전부 다 슬릿 폭이 늘어남에 따라 간섭, 회절 무늬의 간격이 줄어든다는 사실을 알 수 있었고, 이중슬릿의 간격이 단일슬릿의 간격보다 보강무늬가 더 짧은 것을 알 수 있었다.

공학/기술| 2023.05.01| 6페이지| 1,500원| 조회(182)

물리, 보고서, 금오공대, 일반물리학실험

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금오공대 일반 물리학 실험 "페러데이의 법칙" 보고서

패러데이 법칙1) 실험 목적자기장 안에서 회전하는 코일을 통하여 전자기 유도현상을 확인하고, 이때 발생하는 전위차를 측정하여 패러데이의 유도법칙을 정량적으로 이해한다.2) 관련 이론2.1 패러데이의 유도법칙패러데이의 유도법칙은 회로 내의 유도기전력(induced electromotive force)varepsilon 은 그 회로를 통과하는 자기선속(magnetic flux)PHI _{B}의 변화율과 같다는 것이다. 방정식의 형태로는varepsilon ``=`- {d PHI _{B}} over {dt} (31.1)가 되고, 여기서 음의 부호는 유도기전력의 방향이 자기선속의 변화를 방해하는 방향임을 나타낸다. 이것이 패러데이의 유도법칙이다.고리의 단면에 수지한 선이 자기장 B와 각도theta 를이룰 때 고리면을 지나는 자기선속은PHI _{B} ``=` int _{} ^{} {B BULLET dS`=`hlBcos theta } (31.2)이고, 고리가 일정한 각속도omega 로 돌고 있을 때 시간 t에서의 고리의 방향각theta 는theta `=` omega t (31.3)라고 할 수 있으므로, 이 고리에 이끌린 기전력은 패러데이의 유도법칙에 의해varepsilon ``=`- {d PHI _{B}} over {dt} ``=`hlB omega sin omega t (31.4)가 된다. 즉 같은 각진동수omega 로 변하는 교류기전력이 된다. 일반적으로 고리의 면적이 A, 감긴수가 N인 솔레노이드의 경우 유도기전력은 다음과 같다.varepsilon ``=`NAB omega sin omega t (31.5)=`V _{0} sin omega t (31.6)따라서 진폭에 해당하는V _{0}는V _{0} =`NAB omega (31.7)과 같이 쓸 수 있으며, 각진동수와 진폭전압이 비례함을 볼 수 있다.3) 실험기구? 직류전원장치(0-30 V , 0-3 A)? 패러데이의 법칙 시럼장치, 연결도선? S-CA 시스템, 랩탑컴퓨터4) 실험 방법4.1 패러데이의 유도법칙1. 그림 31.3과 같이 실험장치를 준비하고, DC 모터를 직류전원공급자치에, AC 출력단자를 S-CA server 전면의 입력단자 CH A에 연결한다.- 직류전원공급장치에 연결(극성에 주의, 붉은색 +, 검정색 -)- S-CA 서버의 입력 채널 A(CH A)에 연결- 자석의 방향에 주의2. 직류전원공급장치의 전압조절을 위한 COARSE와 FINE 두 단자 모두 반시계방향으로 끝까지 돌려 놓는다(직류전원의 출력을 0으로 한다.). 스위치를 켰을 때 전동기가 갑자기 돌아갈 경우 매우 위험하다.3. S-CA Server의 전원스위치를 켜고 컴퓨터에 연결한 다음, 바탕화면에 있는 i-CA아이콘을 클릭하여 프로그램을 실행시킨다. 풀다운 메뉴에서 인터페이스분석 - 스코프보기를 실행한다.- (주의) : S-CA 서버는 전원을 켠 상태에서 i-CA 프로그램을 실행해야 된다.4. 직류전원장치의 전압조절단자를 이용하여 전동기를 구동시키고, 컴퓨터 화면에 있는 시작버튼을 클릭한 후 스코프 상에 출력되는 화면을 관찰한다. 그림 31.4와 같이 정상적인 교류 신호가 출력되는지 확인하고, 실험하기 좋은 화면을 설정한다.5. 주기를 측정하기 위해서는 반복되는 파형의 수가 많을 숡 더욱 정밀한 값을 얻어낼 수 있으므로 시간간격을 되도록 넓게 잡아준 다음, 두 개의 커서를 이용해 커서사이의 파형수(주기수)와 시간 간격DELTA t를 화면에서 읽고 표에 기록한다.6. 또 파형의 세로축은 전압을 나타내며, 파형이 화면을 벗어나지 않는 범위 내에서 최대한 화면을 확대하여 관찰하는 것이 좋다. 평균저인 최대 및 최소 전압값(V _{max} 및V _{min})을 커서를 이용하여 읽고 첨두치 전압(V _{p-p} `=`V _{max} `-`V _{min})을 확인한다.7. 과정 5-6에서 얻어진 관찰값으로부터 주기(T`=` DELTA t/파형수), 각속도(omega `=`2 pi /T) 및 진폭전압(V _{0} `=`V _{p-p} `/`2)을 계산한다.8.전동기에 공급하는 전압을 달리하면 유도기전력이 달라지게 된다. 따라서 직류전원장치의 전압을 달리하여 이와 같은 실험을 5회 이상 반복한다.9. 위에서 구한 각속도와 전압의 그래프를 그린다. 이를 식 31.7과 비교하고, 선형적으로 주어지는지 최적직선을 찾고 직선의 방정식을 구해본다.4.2 선택실험1. 실험기기의 출력단자를 DC OUTPUT에 연결, 그림 31.5와 같이 정상적으로 출력되는지 확인하고 같은 방법으로 각속도와 최대 전압을 측정한다.2. 각속도와 전압의 그래프를 그리고 식 31.9와 비교해 선형적으로 주어지는지 확인한다.3. 자석을 바꾸어서 위의 실험을 반복한다.1. 실험값1-1. AC단자에서의 출력 [횟수의 증가는 각속도의 증가]횟수측정값계산값파형수DELTA t(ms)첨두전압(V)주기T(ms)각속도omega (Hz)진폭전압V _{0}(V)132360.570.788.050.285231620.840.5411.630.4233120.51.10.415.70.5543101.51.290.3319.030.64553821.590.2723.270.7956368.51.870.2228.550.9351 23 45 62. 각속도와 진폭전압의 관계그래프3. 직선의 방정식V _{0} = 0.0317ω + 0.04414. 결론 및 검토위의 그래프를 보면 진폭전압이 증가함에 따라 코일의 각속도가 선형적으로 증가하는 것을 볼 수 있다. 이를 통해 파워서플라이로 가해주는 전압을 올려줌에 따라 유도되는 기전력의 크기가 어떻게 변화해야 하는지, 각진동수와 진폭전압이 비례함을 알 수 있다.(진폭V _{0} ``=``NAB omega )그리고 회로내의 유도 기전력의 크기epsilon 은 단위 시간당 자속의 변화율에 비례한다는 패러데이의 법칙을 만족한다.

자연과학| 2023.05.01| 6페이지| 1,500원| 조회(201)

물리, 보고서, 금오공대, 일반 물리학 실험, 페러데이의 법칙

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