요 약이 실험에서는 알코올 온도계와 k-type 열전대를 사용하여 온도를 측정하고 보정하고자 하였다. 물과 얼음물을 준비한 후 온도계를 담구어 고정시킨 후 물을 가열함과 동시에 얼음물과 물을 교반시키며 시간이 지나 온도계의 눈금이 일정한 위치에 머물 때까지 기다렸다 그 온도를 기록하였다.기록한 온도계의 평균 온도는 t=102.2℃, t=0.6℃였고 열전대의 평균 온도는t=98.8℃, t=0.0℃ 이었다. 이 값을 t-0 =(t-t) 식에 대입하여 온도계의 보정식 t= 0.984t- 0.6 와 열전대의 보정식 t=1.012t- 0.0을 구하였다.보정식을 통해 온도계와 열전대의 보정 온도를 구할 수 있었고 이를 통해 알코올 온도계보다 열전대를 사용할 때 더 정확한 온도를 측정할 수 있음을 알 수 있었다.ⅰ. 실험의 목적열전대를 이용해 온도를 측정하는 방법과 보정 방법을 습득하고 보정식을 구하고 보정 온도를 구할 수 있다.ⅱ. 이론ⅱ-1)열전대의 원리〔1〕 열전대는 제베크효과(Seeback effect)를 이용하여 넓은 범위의 온도를 측정하기 위해 두 종류의 금속으로 만든 장치이다.〔2〕근본적으로 열전대는 열에너지를 전기에너지로 변환시키는 것으로써 세 가지 열전효과가 열전대 안에서 작용되고 있다.서로 다른 2종의 금속선으로 폐회로를 만들어 그 접합점에 온도를 가하면 온도차에 대응하는 열기전력이 발생하여 폐회로에 열전류가 흐른다. 이 현상은 1821년 제벡에 의해 발견되어 제벡 효과(seebeck effect)라 부르며 이 전류를 열전류라 한다. 한쪽 접함점을 떼어 미전압계를 연결하면 기전력을 측정할 수 있고 이 기전력은 온도에 비례하므로 온도를 측정할 수 있다. 이러한 금속선을 열전대라고 하며 열전대의 접속단을 측온접점, 도선 또는 계기와의 접속단을 기준접점이라고 말한다. 열기전력의 크기는 짝지은 금속의 종류 및 두 접점의 온도차에 의존할 뿐 금속의 형상이나 치수, 도중의 온도 변화에는 영향을 받지 않는다. 이 원리를 이용하여 T은 기준점으로서 ice bath에 담근다. 측정하고자 하는 다른 접점 T와의 온도 차이에 의한 열기전력을 측정해 문헌상에 나와 있는 기전력 대 온도표를 이용하여 T의 온도를 알 수 있다.Fig. 1.ⅱ-2)열전대의 특성〔3〕열전대는 원자로, 항공기, 동력계통, 제철소 등의 여러 공정에서 온도를 감지하는 방법을 제공하며, 많은 응용 면에서 비교적 정확히 온도를 측정할 수 있는 온도계이다. 열전대는 또한 183℃ 이하부터 2500℃ 근처까지의 넓은 온도 범위를 0.1 ~ 1 ％ 정도의 정확도로 측정할 수 있는 장치이다.ⅲ. 실험 장치 및 방법1000mL 비커 2개, 알루미늄 호일, hot plate 2개, 마그네틱 바 2개, 알코올 온도계 2개, 얼음, 물, 클램프 2개, k-type 열전대 2개ⅲ-1) 실험 장치ⅲ-2) 실험 방법Fig. 2. Fig. 3.〔4〕 1. 준비된 비커 2개에 마그네틱 바를 넣은 후 하나는 물을 반쯤 넣고, 나머지에는 얼음과 물을 반쯤 채웠다.2. Fig. 2.과 같이 비커를 hot plate 위에 올려놓은 후 외부 환경에 대한 영향을 최소화하기 위해 클램프로 온도계를 고정 시켰다. 온도계를 물의 중간쯤에 위치시키고 열 손실을 줄이기 위해 2개의 비커를 Fig. 3.과 같이 호일로 감싸주었다.3. 비커 내 온도를 균일하게 유지하도록 교반을 해줌과 동시에 물이 들어있는 비커를 가열해주었다. 이 때, 발생되는 수증기에 의한 폭발을 방지하기 위해 온도계를 꽂을 때 구멍을 약간 크게 뚫어 배기구를 만들어 주었다.4. 어는점 측정 : 시간이 지나 온도계의 눈금이 일정한 위치에 머물 때 그 값을 읽고 기록하였다. 이와 동시에 k-type 열전대를 알코올 온도계와 같은 높이에 위치하도록 넣어 온도가 일정해질 때까지 기다렸다가 온도를 기록하였다.끓는점 : 어는점과 동일한 방법으로 측정한 후 기록하였다.5. 측정값의 오차를 최소화하기위해 실험을 5회 반복하였다.6. 물의 녹는점과 끓는점을 이용하여 온도계와 k-type 열전대의 보정식을 얻었다.ⅳ. 실험 결과 및 고찰ⅳ-1) 실험 결과1회2회3회4회5회평균값어는점(℃)10.50.10.70.50.6끓는점(℃)102103102.5100.9102.5102.2◎ 알코올 온도계◎ k-type 열전대1회2회3회4회5회평균값어는점(℃)0.00.00.00.00.00.0끓는점(℃)98.998.898.898.998.898.81. 온도계 보정식관찰된 물의 어는점은 t, 물의 끓는점은 t, 읽은 온도 t, 보정 온도 t이라면(t, 0)과 (t, 100) 두 점을 지나는 직선의 방정식이므로 온도계의 보정식은 다음과 같다.〔5〕 t-0 =(t-t)t=102.2℃ t=0.6℃t-0 =(t-0.6)∴ t= 0.984t- 0.62. k-type 열전대 보정식온도계 보정식과 동일한 방법으로 계산한다.t=98.8℃ t=0.0℃t-0 =(t-0.0)∴ t=1.012t- 0.03. 임의로 뽑은 2개의 보정 온도알코올 온도계k-type 열전대3회4회1회4회어는점(℃)-0.500.090.00.0끓는점(℃)100.2698.7100.0999.99ⅳ-2) 고찰실험 결과를 통해 오차가 발생했음을 확인할 수 있었다.오차의 원인을 살펴 봤을 때, 온도계 자체와 열전대의 계기 불량 등의 계통 오차와 실험시 과실로 인한 오차, 주변 환경의 변화로 인한 오차가 발생한 것으로 추측된다. 어는점을 측정할 때 hot plate의 미작동으로 교반을 시켜주지 못했는데 이것도 오차의 원인 중 하나인 것 같다.
