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5.레이놀즈수 측정 (예비)

1. 실험날짜2016년 11월 7일 (5-6교시)2. 조&조원3. 실험제목레이 놀즈 수 측정4. 실험목표(레이놀즈 수) 측정 장치를 이용하여 유체가 관을 통하여 흐르는 모양을관찰하고, 유동 상태를 확인하여 흐름에 대한 유체역학적 특성 및 층류와 난류,임계속도와 열역학적 유사성을 이해하고 Reynolds 수의 개념을 숙지한다.5. 이론1) 레이놀즈 수(Re)레이놀즈 수는 관성에 의한 힘-관성력, 점성에 의한 힘-점성력의 비를나타내는 무차원수로 어떤 유체의 상태를 파악 또는 나타내는 특성값 중하나이다.어떤 유체의 유선류 또는 층류처럼 정상류인지 혹은 난류처럼 약간의 요동을갖지만 평균적으로는 정상류인지를 나타낸다.관에 흐르는 유체가 층류에서 난류로 바뀌는 전이가 유체가 흐르는 평균 속도, 관의 지름, 유체의 밀도를 곱한 값을 절대점선도(absolute viscosity)로나눈 값에 의존한다.Re`=` {rho VD} over {mu } `=` {VD} over {upsilon }##V`:`유체의`평균속도(m/s)#D`:`관의`직경`(m)#rho `:`유체의`밀도(kg/m ^{3} )#upsilon `:`동점성계수`(m ^{2} /s)#mu `:`점성계수`(kg/m ^{2} s)2) 점성력점성력은 움직이는 점성유체의 접선으로부터 발생하는 단위 부피 또는단위 질량당 힘이다.3) 관성력관성력은 관성에 의해 관찰되는 가상의 힘으로 질점 m에 힘 F가 작용하여가속도 a가 생기는 경우 ?ma에 해당하는 힘이다.4) 유량단위 시간에 흐르는 유체의 양을 말하며, 체적(體積) 유량과 질량 유량이 있다. 관속의 임의의 점의 단면을 A, 평균 유속을 υ, 유체의 밀도를 ρ[㎏/㎥]라 하면체적유량은 Aυ[㎥/s], 질량 유량은 ρAυ[㎏/s]로 표시한다.관 속의 임의의 점의 단면을 A, 평균유속을 v라고 하면 유량 Q=Av로표시할 수 있고, 단위로는 [m3/s], [L/min], [m3/min] 등을 사용한다.```````````+)``Q`=`AV임을`이용하여`아래의`식처럼`나타낼`수`있다.##```````````````````````Q`=`AV##```````````````````````Re`= {rho VD} over {mu } `= {VD} over {upsilon } `##``````````````````````V`=` {Q} over {A} `=` {Q} over {{pi } over {4} D ^{2}}##``````````````````````` THEREFORE Re`=` {4Q} over {pi upsilon D} `=` {4Q rho } over {pi mu D}##Q`:`유량`(l/s,`m ^{3} /s)````````````````````````` pi `:`3.14 CDOTS #D``:`직경`(m)````````````````````````````````````````````````` upsilon `:`동점성계수`(m ^{2} /s)#rho `:`유체의`밀도`(kg/m ^{3} )```````````` mu `:`점성계수`(kg/m BULLET s)1) 층류 laminar flow, 層流 [ 영역 : Re < 2100 ]유체의 규칙적인 흐름으로, 흐트러지지 않고 일정하게 흐르는 것이다.(난류와 반대되는 개념이다.) 층흐름이라고도 한다.예를 들면 가는 파이프에 물을 흘릴 경우, 잉크를 넣어 흐름의 상태를관측하면 유속(流速)에 따라 레이놀즈수가 작을 때는 잉크의 흐름이 직선으로나타나고, 물의 각 부분이 파이프 벽에 평행으로 움직이며 서로 섞이지 않음을알 수 있다. 이러한 흐름이 층류이다. 또 담배를 피우면 담배에서 발생한 연기는처음에는 거의 일자로 올라가다가 어느 정도 지나면 흐트러진 모습으로 퍼진다.처음 상태를 층류라고 하고 나중 상태를 난류라고 한다.2) 전이영역(천이유동) transition zone , 遷移領域 [ 영역 : 2100 < Re < 4000 ]층류로부터 난류로의 변천을 천이라 하며, 이는 흐름의 방향에공간적인 확산을 지닌 어느 범위 안에서 이뤄진다. 이 범위가 천이 영역이다.3) 난류 turbulent flow , 亂流 [ 영역 : 4000 < Re ]유체역학에서 정의된 용어로, 유체의 각 부분이 시간적이나 공간적으로불규칙한 운동을 하면서 흘러가는 것을 말한다. 반대되는 용어는 층류인데,층류에 비해 난류는 물체에 대한 저항이 크다.난류에는 여러 소용돌이가 불규칙하게 존재하는 것으로 알려져 있으며,층류에 비해서 수송계수(輸送係數)가 크고 물체에 끼치는 저항 또한 크다.실제 층류는 자연 상태에서 매우 희귀하다. 난류는 유체의 가장자리가 굴곡있고유속이 빠르며 유체 점성이 작을 때 발생된다.층류천이유동난류흐름 방향수평 방향층류와 난류사이 진동무질서레이놀즈 수Re < 21002100 < Re < 40004000 < Re6. 실험기구 및시약물, 잉크, 초시계, 메스실린더, 온도계, 레이놀즈 실험관7. 실험방법① 레이놀즈 실험장치에 물을 서서히 채워 수위를 일정하게 유지시킨다.② 잉크주입 노즐이 정상으로 분사되어 나오는지를 확인하고

공학/기술| 2017.10.17| 4페이지| 2,500원| 조회(129)

레이놀즈, 예비, 층류, 난류, 전이, 레이졸즈 수

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4.냉동기 (예비)

1. 실험날짜2016년 10월 24일 월요일 (5-6교시)2. 조&조원3. 실험제목냉동기4. 실험목표증기 압축식 냉동 사이클의 원리를 이해한다.냉동 사이클에서 결과에 따른 성적계수(COP)를 확인한다.5. 이론1)냉동 사이클냉매가 압축기, 응축기, 팽창, 밸브, 증발기의 4가지 장치를 거치는 일련 과정으로형성되는 주기적인 과정.2)증기압축식 냉동기냉동 사이클 속에 압축 행정을 가지고, 냉매의 증발과 응축을 반복하는 냉동기.(※냉매가스를 압축하여 고온·고압의 가스를 만드는 것으로 증기압축식 냉동기의 종류는 왕복동식 냉동기, 스크류 냉동기, 회전식 냉동기 등이 있다.)① 증발기증발기 안의 액체 냉매는 주위에서 열을 흡수, 저온 저압하에서 증발하고주위를 냉각시킨다.② 압축기증발한 냉매 증기는 압축기에 흡입되어 압축, 고온의 가스로 배출된다.③ 응축기고온·고압의 냉매증기는 냉각수 또는 공기로 냉각되어 액화되며 수액기에저장된다.④ 팽창밸브수액기 내 고압의 액체냉매는 팽창밸브를 통과하면 압력이 강하한다.3)4)냉동사이클의 성적계수: 냉동 시스템의 에너지 효율성을 나타낸 무차원의 비.varepsilon `=` {Q _{2}} over {AW} `=` {증발`열량} over {압축`일의`열량} `=` {Q _{2}} over {Q _{1} -Q _{2}} `=` {T _{2}} over {T _{1} -T _{2}}##T _{1} `=`응축기에서`응축된`냉매의`절대온도.#T _{2} `=`증발기에서`증방한`냉매의`절대온도.※응축온도가 낮을수록, 증발온도가 높을수록 성적계수가 높다.

공학/기술| 2017.10.17| 2페이지| 2,000원| 조회(198)

실험보고서, 예비, 냉동기

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2.습도측정 (예비)

1. 실험날짜2016년 9월 12일 월요일(5-6교시)2. 조&조원3. 실험제목습도 측정4. 실험목표건습구 온도계를 이용하여 공기의 상대습도를 측정하는 방법을 익히고,fortin형 기압계의 사용법을 배운다.5. 이론① 습도상대습도라고 부르는 것이 원칙이지만 보통 습도라고 한다.대기 중의 수증기의 표현법으로서는 이밖에 혼합비·수증기압·비습(比濕)·이슬점온도 등이 있다.② 상대습도단위부피의 공기 속에 함유되어 있는 수증기의 질량과, 그 온도에서단위부피 속에 함유할 수 있는 극한(極限)의 수증기 밀도와의 비를백분율로 나타낸 것.③ 절대습도절대습도란 습윤공기 1㎥ 의 체적 속에 포함된 수증기의 질량(g).④ 건습구온도계2개의 수은 온도계를 사용하여 물의 증발의 빠르고 더딤을 재어공기의 습도를 재는 습도계⑤ Fortin기압계수은조(水銀槽), 부착온도계, 기압눈금 및 부척(副尺)으로 이루어져 있으며취급법과 측정법이 까다로우나, 정밀도가 높은 기압측정이 가능한 기압계(이론적으로는 사용해야하나 실험실에 기구가 없어서 사용하지 않음)용어기호단위정의절대습도xkg/kg(DA)습공기에서 건조 공기 1kg에 대한수증기의 질량비상대습도φ%현재의 수증기압(P)과 동일 온도의포화 수증기압(Ps)간 백분율φ = 100 (P/Ps)습구온도t'℃습구온도계로 측정한 온도수증기 분압hmmHg습공기중위 수증기 분압건습구 온도계는 온도계 두개를 똑같이 놓고, 한쪽에는 물이 묻혀두고(습구온도계)다른 한쪽에는 그냥 건조한 상태로 두는(건구온도계) 것이다.시간의 지남에 따라 건습구 온도계의 온도를 측정한다.(2분간격으로 5번 1분간격으로 10번 측정함)①기압계를 수직으로 세우기 위하여 조절나사를 이용해 조절한다.②수은 면이 흰 바늘에 닿도록 영점 조절나사를 조절한다.③부척도를 움직여 부척도의 하단과 수은주 높이의 상단이 일치하도록 하고대기 압력을 읽는다.④위의 방법을 10번 되풀이하여 대기 압력의 평균값을 구한다.⑤기압계에 부착된 온도계로 온도를 여러번 읽어 평균치를 얻는다.⑥온도, 중력, 해발에 대해 대기 압력을 보정한다.공기 중에 포함되어 있는 다소의 수증기량은 때와 장소에 따라 달라지는데공기와 수증기의 혼합물에서의 절대습도는 건조한 공기 1㎏ 안에 포함되어 있는수증기의 ㎏수로 정의한다.즉,Hab= {수증기의`질량} over {건조한`수증기의`질량}= {M _{H _{2} O}} over {M _{air}} BULLET {Pw} over {Pa-Pw}M=분자량#Pw=주어진`온도에서의`골기`중의`수증기`부분`압력#Pa=대기압※상대습도는 다음과 같이 정의한다.Hre= {Pw} over {P} TIMES 100Hre=상대습도#Pw=공기중의`수중기의`부분`압력#P=건구의`온도(t CENTIGRADE )에서의`포화수증기`압력※건?습구 습도계를 사용하는 경우에 Pw는 다음과 같이 표현된다.Pw=`Pw prime -C(t-t prime )PaPw=공기중의`수증기의`부분`압력#Pw prime =습구의`온도(t CENTIGRADE )에서의`포화수증기`압력#C=실험실`구조에``관한`상수#t=건구의`온도#t prime =습구의`온도 Pa=대기압력※실험실 구조에 관련된 상수실험실 구조C통풍이 잘 되는 큰 실험실8 x×10?4⁴개방된 큰 실험실9 x×10?4⁴작은 실험실10 x 10?4⁴6. 실험기구 및시약건습구 온도계, fortin형 기압계7. 실험방법①방안의 온도와 습도를 계수습도계로 계속 측정한다.

공학/기술| 2017.10.17| 4페이지| 2,000원| 조회(207)

습도, 예비, 습도측정

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6.관 마찰 손실 계수 측정(예비)

1. 실험날짜2016년 11월 21일 월요일 (5-6교시)2. 조&조원3. 실험제목관 마찰 손실 계수 측정4. 실험목표유체가 관내를 흐를 때 유체 점성에 의한 관 마찰로 인하여 발생하는에너지 손실의 마찰손실을 측정해보고 관 마찰에 의한 에너지 손실을 이해한다.5. 이론마찰손실계수[摩擦損失係數 , coefficient of friction loss]수로에 물이 흐를 때 물과 벽면의 마찰에 의해서 생기는 마찰손실수두를 구하기위하여 곱해주는 계수 층류에서는 f = 64/Re로 구하고,난류에서는 f = φ(Re, k/D) 의 관계로 나타내며 여기서 Re는 레이놀즈수이다.관로의 경우 벽면이 거칠수록 마찰손실계수의 값이 커지고,그 결과가 동수구배의 크기로 되어 나타난다.1.관내유동관내의 유동은 입구에서 충분히 떨어진 위치에서는 파이프 벽면에서 발달한경계층이 관 중심에 도달하면서 유동은 완전히 점성유동이 된다.중심의 비점성영역이 사라진 이후에는 속도 형상은 거의 변하지 않게 된다.거리 x가 증가해도 속도형상이 변하지 않을 때, ‘유동은 완전 발달되었다(fully developed)‘고 한다. 입구에서부터 완전히 발달된 유동이 발생하는위치까지의 거리를 관 입구길이(entry length)라고 한다.< 관내 흐르는 유동 >관내의 유동을 비압축성, 정상 유동으로 가정하고, 관내의 중심에 위치한 유선에베르누이 방정식을 적용하면 후류로 가면서 속도는 증가하고 압력은 감소하게된다. 완전 발달된 유동의 실제 형상은 그 유동이 층류인지 난류인지에 따라다르다.일반적으로 관내의 유동에서 층류에서 난류로 천이가 발생되는 레이놀즈수는관 직경을 특성 길이로 선택하면 약 2300 정도이다. 이는 입구의 난류 강도,조도 등에 따라 변화한다. 레이놀즈수가 증가하면 유동이 불안정해지면서작은 교란이 생기면 쉽게 난류로 발전하게 된다.관내를 흐르는 유동은 마찰(유체 점성에 의해 발생되어 영향이 관 내부로 확산)로인하여 모멘텀을 잃게 되며 결과적으로 압력 손실이 발생한다.따라서, 유체를 이송하기 위해 설치된 관에서 일어나는손실을 일반적으로 크게 두 가지로 분류한다.이는 에너지 손실의 주원인이 마찰에 기인하는 주손실(major loss)과형상에 의한 압력 손실이 주원인이 되는 부손실(minor loss)이다.2.마찰계수에 대한 주손실(h _{m})완전히 발달된 관내 층류 유동에 대하여 관심이 되는 관내 유동에 대해미세 제어부피를 설정하고 여기에 선운동량 방정식과 유체 점성의 정의를 적용하여속도 분포를 구하면 포물선 형을 얻게 된다. 이렇게 얻은 속도 분포를 이용하여유량을 표현하고 이것으로부터 압력강하에 대한 표현을 구하면DELTA p= {128 mu LQ} over {pi D ^{4}} 여기서, ��mu 는 유체의 점성(molecular viscosity), ��L은 압력 강하를 계산한 관 길이이고,Q는 유량, ��D는 관 직경이다.주손실은 관의 길이와 유체의 동압에 비례하고 직경에 반비례한다는 것은실험적으로 증명이 되어 있다.식으로 표현하면 아래와 같다.(V는 관내의 평균 속도이고g는 중력 가속도, 그리고f는 마찰계수 이다.)h _{m} =f {L} over {D} {V ^{2}} over {2g}3.주손실(h _{m})( {P _{1}} over {rho g} + alpha _{1} {V _{1} ^{2}} over {2g} +z _{1} )-( {P _{2}} over {rho g} + alpha _{2} {V _{2} ^{2}} over {2g} +z _{2} )=(u _{2} -u _{1} )- {delta Q} over {dm}( {P _{1}} over {rho } + alpha _{1} {V _{1} ^{2}} over {2} +gz _{1} )은 단면을 지나는 단위 질량당 역학적 에너지를 나타내며,(u _{2} -u _{1} )- {delta Q} over {dm}은 두 단면에서의 비가역적인 역학적 에너지의 차이를 나타낸다.여기서(u _{2} -u _{1} )은 열에너지를 통한 손실이고,{delta Q} over {dm}은 열전달을 통한 에너지의손+ alpha _{1} {V _{1} ^{2}} over {2g} +z _{1} )-( {P _{2}} over {rho g} + alpha _{2} {V _{2} ^{2}} over {2g} +z _{2} )=h _{m} 만일 이 유동에 마찰이 없다고 가정하면, 각 단면의 속도는 일정할 것이고(alpha _{1} = alpha _{2} =1) 손실 수두는 없다. 마찰이 없는 비압축성 유동의 경우, 내부에너지의변화는 단지 열 전달에 의해서만 발생하며, 역학적 에너지의 내부에너지의 어떠한변환도 없다. 따라서 파이프 내의 점성 유동에서는, 마찰에 의한 효과가 유동내에서의 내부 에너지를 증가시킨다. 전체 손실수두 (Total Head Loss)는 단면적 일정한파이프에서 완전 발달 유동 (fully developed flow)의 마찰 효과에 의해 발생하는주손실(h_{ m})과 유입구, 단면적 변화, 굴곡, 연결부 등에 의해서 발생하는 보조손실(h_{ K}) 로 구성된다.단면적이 일정한 파이프 내에서의 완전 발달 유동 (fully developed flow)의경우, 보조손실은 0 이 되고 (h_{ K}= 0), 속도항은 같은 값을 가지기 때문에제거된다.( alpha _{1} {V _{1} ^{2}} over {2} = alpha _{2} {V _{2} ^{2}} over {2} )따라서 위의 수식은 다음과 같이 정리된다.{P _{1} -P _{2}} over {rho g} =(z _{2} -z _{1} )+h _{m}파이프가 수평 경우에는 위치에너지 항은 제거되고 (h _{m}) 다음과 같이 정리된다.{P _{1} -P _{2}} over {rho g} =h _{m} 따라서 단면적이 일정한 수평 파이프에 대한 완전 발달 유동(fully developed flow)의 주 손실수두는 압력손실로 나타낼 수 있다.손실수두는 마찰에 의해서 역학적 에너지가 열에너지로 변환한 것이 때문에단면적이 일정한 수평 파이프에 대한 완전 발달 유동 (fully developed flow)의주2} , 난류 :h _{m} =`f {L} over {D} {V ^{2}} over {2} 여기서 마찰계수f는 위에서 설명했듯이 실험적으로 결정되어 지며,그 값은 아래의 표에서 구할 수 있다.4.부손실(h _{K})보조 손실은 유동 박리(flow separation)현상의 결과로 발생한다.단면적이 일정한 긴 파이프에서는 유동박리에 의해서 발생한 손실은 주손실에비해서 작기 때문에 보조 수두손실로 간주되며, 이 보조 수두손실은 다음과같은 식으로 표현된다.h _{K} =`K {V ^{2}} over {2g} 여기서K는 관이음의 손실계수(loss coefficient)이다.이것은 실험적으로 그 값이 결정 되어야 한다.K는 아래의 표에서 구할 수 있다.(본 실험장치는 나사식(Screwed)에 해당됨.)또한 이음을 포함한 제어부피를 설정하고 비압축성, 정상 에너지 방정식을적용하여 정리하면 다음과 같은 식으로도 표현될 수 있다.( {P _{1}} over {rho g} + {V _{1} ^{2}} over {2g} +z _{1} )-( {P _{2}} over {rho g} + {V _{2} ^{2}} over {2g} +z _{2} )=h _{K} 여기서( {P _{1}} over {rho g} + {V _{1} ^{2}} over {2g} +z _{1} )은 이음의 상류이고,( {P _{2}} over {rho g} + {V _{2} ^{2}} over {2g} +z _{2} )은 하류이다.같은 논리로 이음의 앞과 뒤에서 압력을 측정하게 되면 위의 식 에서h _{K}가구해지게 되고, 식h _{K} =`K {V ^{2}} over {2g}으로 각각의 관이음에서의 손실계수K를실험 적으로 구할 수 있다. 그리고 급 축소/급 확대관의 경우 급격한 단면 변화로손실이 발생하는데,{V ^{2}} over {2g}값은 더 큰쪽의 값을 사용한다.급확대의 경우{V _{1} ^{2}} over {2g}를 사용하고 급축소관일 경우는{V _{2} ^{2}} over {2g}를 사용한다.아래의래 형태는 다음과 같다.v : 유선 내 한 점에서의 유동 속도g : 중력 가속도h : 기준면에 대한 그 점의 높이p : 그 점에서의 압력rho : 유체의 밀도위 식을 보면, 어떤 속도에서는 압력이 0이 되거나, 혹은 음수의 압력이 될 수도 있는 것처럼 보인다. 그러나 실제로 기체나 액체에서 0이나 음수의 압력은 있을 수 없고, 베르누이 방정식은 압력이 0이 되기 훨씬 전부터 적용이 불가해진다. 또한 위 식을 보면, 속도의 제곱과 압력이 선형적인 관계에 있다. 실제 기체에서는 속도가 낮을 경우에만 이런 관계가 성립한다. 액체의 경우, 속도가 높아지면 캐비테이션(cavitation)과 같은 비선형 과정들이 발생한다. 기체의 경우, 속도가 높아지면 밀도가 달라져, 밀도가 일정하다는 가정이 맞지 않게 된다. 또, 실제 유체의 유동 과정에서는 마찰손실, 충돌손실 등 제반 손실이 발생하게 되기 때문에 불합리한 결과가 발생하게 된다.따라서 유동손실이 전혀 없다는 가상적 이론을 떠나서 현실적으로 발생하는 유동손실을 베르누이 방정식에 반영함으로서 이와 같은 문제점을 보완하게 되었으며, 이와 같이 유동 중에 발생된 에너지가 반영된 식을 수정 베르누이의 방정식이라 하며 다음과 같다.비압축성 유체가 관내를 흐를 때에 베르누이방정식.{ p _{ 1} } over {γ }+ { V _{ 1 }^{ 2} } over {2g }+z _{ 1}= { p _{ 2} } over {γ }+ { V _{ 2 } ^{ 2} } over { 2g}+z _{ 2}+h _{ L}여기서h_{ L}은 마찰손실수두(friction loss head) 또는 수두손실(head loss)이라 하며, 단위중량의 유체가 1에서 2까지 가는 사이에 잃어버린 역학적 에너지의 양이다.한편 관의 단면이 일정하고, 관이 수평으로 놓여 있을 때는 아래의 식이 얻어진다.h_{ L }= { p _{ 1}-p _{ 2} } over {γ }= { △p} over {γ }Darcy는 길고 곧은 원관 내의 물의 유동에 관한 실험을 통하

공학/기술| 2017.10.17| 8페이지| 2,500원| 조회(1,270)

예비, 관, 마찰 손실 계수

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3.단증류 (예비)

1. 실험날짜2016년 9월 26일2. 조&조원3. 실험제목단증류4. 실험목표2성분계인 혼합액체를 단증류시험으로 조작방법을 익히고,물질수지의 이론과 개념을 통하여 Rayleigh식과 Raoult 식을 이해한다.5. 이론① 증류증류는 끓는점의 차이를 이용하여 액체 상태의 혼합물을 분리하는 방법이다.두 혼합물의 화학 반응 없이 물리적인 분리가 이루어지는 경우를 말하며액체를 기화시켜 얻고자 하는 물질의 기체를 응축시켜 보다 순수한 액체로얻는 과정이다.※비점 : 끓는점이라고도 하며 액체를 어떠한 압력으로 가열시켰을 때 도달하는최고온도로, 대기압에서 물의 비점은 100 ℃이다.액체 내부에서 증발하는 현상은 비등이라고 한다.(=비등점)②단증류비등점이 다른 두 가지 성분에 열을 가해 비등점이 낮은 물질의 증기를발생시키고 냉각기로 응축하여 유출액을 얻는 증류방법이다.환류가 없으며 유출액의 조성이 시간의 변화에 따라 변하는 특징이 있다.(회분증류 중 가장 간단한 예가 단증류이다.)일정량의 액체 혼합물을 가열하여 생긴 증기를 냉각기로 보내어 응축시켜 저비점성분이 풍부한 액체를 얻는 방법으로 미분증류 (differential distillation) 또는회분조작을 하므로 회분단증류 (simple batch distillation)라고도 한다.③비중어떤 온도에서 어떤 체적을 점하는 물질의 질량과 같은 온도, 같은 체적인표준물질의 질량과의 비. 액체와 고체의 경우에는 4℃의 순수한 물을표준물질로 선정하는 것이 보통이다. (상대 밀도와 동의어.)표준물질로서는 고체 및 액체의 경우에는 보통 1atm, 4℃의 물을 취하고,기체의 경우에는 0℃, 1atm하에서의 공기를 취한다.비중은 온도 및 압력(기체의 경우)에 따라 달라진다.무차원수인데, 고체·액체에 대해서는 그 값이 소수점 이하 5자리까지 밀도와일치한다. (대부분 비중과 밀도는 그 값이 같다고 생각해도 무방하다.)④Rayleigh equation저비점 성분에 대하여 다음과 같은 물질수지식이 성립한다.#```````````````````=증류기`내에`남은`액량.#ydW=유출액중`저비점`성분의`양.#W-dW(x-dx)=증류기`내에`남은`저비점`성분의`양.(kg/mol)즉,{dW} over {W} = {dx} over {y-x}위의 식을 적분하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.int _{W _{2}} ^{W _{1}} {{dW} over {W} =} ln {W _{1}} over {W _{2}} = int _{x _{2}} ^{x _{1}} {{dx} over {y-x}}##`(W _{1} -W _{2} =D)##W _{1} =`초기`액체의`양.#W _{2} =종료시`액체의`양.#x _{1} =초기`액체의`조성.#x _{2} =종료시`액체의`조성.#D=유출된`증기의`양.위 식이 Rayleigh equation이며 이 식을 도식적분하여 이론상 유출량을 구할 수 있다.그림1. 도식적분그림1. 에 나타낸 빗금 친 부분의 면적 S는 다음 식을 통해 얻을 수 있다.S= int _{x _{2}} ^{x _{1}} {{dx} over {y-s} =} int _{x _{0}} ^{x _{1}} {{dx} over {y-x} - int _{x _{0}} ^{x _{2}} {{dx} over {y-x} =I _{1} -I _{2}}}I _{1},I _{2}는 넓이부분 S를 두 적분구간의 차이로 표현할 수 있고 이것을 다시I로 치환하여 위의 식과 같이 표현할 수 있다.위에서 유도한 식을 결합하여 다음 식을 유도할 수 있다.ln {W _{1}} over {W _{2}} =I _{1} -I _{2}우리가 알고자 하는 것은 잔류액의 조성x _{2}이다.W _{1}과W _{2}는 실험 중에측정하여 알 수 있으며,x _{1}은 초기 값이므로 알 수 있다.이 데이터를 그림2. 그래프에 적용하면,x`:`I그래프에x _{1}을 적용시켜I _{1}을 구한다. 그리고 위식에W _{1},W _{2},I _{1}을 대입하여I _{2}를 구한다.구한I _{2}를 반대로x`:`I그래프에 적용시켜 y축인I _{2}에 해당하는x _{2}즉 잔류W _{1} x _{1} -W _{2} x _{2} =Dx _{Dav}아래 식을 위에 식으로 나눠주면 평균조성x _{Dav}의 식으로 표현된다.x _{Dav} =(W _{1} x _{1} -W _{2} x _{2} )/(W _{1} -W _{2} )혼합용액을 단증류 할 때, 기-액 평형은 Raoult법칙에 따라 각 서분의 조성과증기압으로 나타낼 수가 있으며 상대휘발도(αAB)는 각 성분의 조성비로구할 수 있다.P _{A} =P prime _{A} x _{A} ```````````y _{A} = {P _{A}} over {P}#P _{B} =P prime _{B} x _{B} ```````````y _{B} = {P _{B}} over {P}x _{B} =1-x _{A}이고y _{B} =1-y _{A}이다.따라서P=P _{A} +P _{B} =P prime _{A} x _{A} +P prime _{B} (1-x _{A} )alpha _{AB} = {y _{A} /x _{A}} over {y _{B} ./x _{B}} = {P' _{A} /P} over {P' _{B} /P} = {P' _{A}} over {P' _{B}}여기서,P prime _{A} ,P prime _{B} =성분`A,B의`증기압#x _{A,} x _{B} =성분`A,B의`액상`몰분율#y _{A,} y _{B} =성분`A,B의`기상`몰분율#P=성분`A,B의`전체`증기압#alpha _{AB} =상대휘발도⑤Raoult’s law라울의 법칙(Raoult's law)은 1887년 프랑스의 화학자 프랑수아마리라울이 유기용매에 유기화합물을 용해한 경우에 실험적으로 발견한 법칙이다.일반적으로 어떤 용매에 용질을 녹일 경우, 용매의 증기압이 감소하는데,용매에 용질을 용해하는 것에 의해 생기는 증기압 강하의 크기는 용액중에녹아 있는 용질의 몰분율에 비례한다.p°-p=xp°로 나타낸다. p°및 p는 각각 순수한 용매의 증기압과 용액의 증기압이며, x는 용액 중의 용질의 몰 분율이다.만약 2개 또는 그 이상의 액체_{ A } ^{ 。 }는 순수 성분 A의 분압이다. 액상 중의 저비점성분 분율을 xA라 하면 고비점성분 B의 몰분율은 xB=(1-xA)가 된다. 여기서 이 액체와 평형상태에 있는 증기 중의 B성분의 분압을 PB라 하면,P_{ B } ~=P_{ B } ^{ DEG } x_{ B } ~=P_{ B } ^{ DEG } (1-x_{ A } )이 된다.또 낮은 압력 하에서는 Dalton의 법칙이 증기상에 적용되는데 전압을 P,저비점성분의 몰분율을 yA라 했을 때 고비점성분의 몰분율은 yB=(1-yA)가되므로 Raoult의 법칙과 Dalton의 법칙의 관계로부터 다음과 같은 관계를얻을 수 있다.bold { P } =P_{ A } +P_{ B } =P_{ A } ^{ DEG } x_{ A } +P_{ B } ^{ DEG } (1-x_{ A } )~y _{A} = {P _{A}} over {{bold{P}}} ,y _{B} =(1-y _{A} )= {P _{B}} over {{bold{P}}}y _{A} = {P _{A}} over {{bold{P}}} = {P _{A} ^{DEG ~} x _{A}} over {{bold{P}}} = {P _{A} ^{DEG ~} x _{A}} over {P _{A} ^{DEG ~} x _{A} +P _{B} ^{DEG } (1-x _{A} )} ~이 된다.이것은 순수성분의 증기압이 기체-액체 평형관계(x-y선도)를 나타내는데이용된다는 것을 알 수 있다.Raoult의 법칙을 따르는 용액을 이상용액(ideal soluction)이라 한다.⑥비휘발도 (alpha ), 유출률 (beta )-Henry의 법칙과 비휘발도Henry의 법칙은 비교적 불용성의 기체가 액체에 녹는 양과 그 기체성분의 분압이 직선적으로 비례한다고 가정한다.즉,P _{A~} =H~x _{A~}여기서 PA는 용액내 기체 A의 분압이고 xA는 이와 평형에 있는 용액내 성분 A의 몰분율이다. 또 H는 Henry 상수로써 온도의 함수이다.또한 액상과 평형에 있는 증기상에 대하여 성}여기에 Raoult의 법칙을 적용해보면,alpha _{AB} ~=~ {P _{A} /x _{A}} over {P _{B} /x _{B}} ~=~ {{bold{P}} ~y _{A} /x _{A}} over {( {bold{P}} - {bold{P}} y _{A} )/(1-x _{A} )}=~ {{bold{P}} ~y _{A} /x _{A}} over {{bold{P}} ~(1-y _{A} )/(1-x _{A} )} ~=~ {y _{A} /x _{A}} over {(1-y _{A} )/(1-x _{A} )}THEREFORE ~ alpha _{AB} ~=~ {y _{A} /x _{A}} over {y _{B} /x _{B}} = {y _{A} /x _{B}} over {x _{A} /y _{B}}일반적으로 비휘발도 α>1이 되도록P_{ A } ^{ DEG } ~/P_{ B } ^{ DEG }를 선택한다. 비휘발도가 클수록 증류에 의한 분리가 용이하다. 기-액 평형과 비휘발도의 관계를 구하면,y_{ A } ~=~ { P_{ A } ^{ DEG } ~x_{ A } } over { P_{ A } ^{ DEG } ~x_{ A } +~P_{ B } ^{ DEG } ~(1-x_{ A } ) } = { (P_{ A } ^{ DEG } /P_{ B } ^{ DEG } )~x_{ A } } over { (P_{ A } ^{ DEG } /P_{ B } ^{ DEG } )~x_{ A } +~P_{ B } ^{ DEG } ~(1-x_{ A } ) }= { alpha _{ AB } ~x_{ A } } over { alpha _{ AB } ~x_{ A } +(1-x_{ A } ) }정리하면,THEREFORE ~y_{ A } ~= { alpha _{ AB } ~x_{ A } } over { 1+( alpha _{ AB } -1)~x_{ A } }6. 실험기구 및시약기구 ? 증류 플라스크, 리비히 냉각기, 삼각플라스크, Adepter, 온도계,비등석, 메스실린더, 비중병 혹은 굴절계, 가열기.

공학/기술| 2017.10.17| 8페이지| 3,500원| 조회(174)

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