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유출류 예비레포트

유 출 류★ 실험목적관, 덕트, 유로 등에서의 흐름처럼 아주 중요하고 실제적인 1차원 정상흐름에서 마찰항을 다룬다. 거시적 에너지(에너지 보존 법칙) 및 물질 수지식을 유출탱크에 적용하여 만든 이론식을 실제 실험에 적용하여 유체의 유출시간을 측정하고 통과하는 관의 직경 ,길이 및 유체흐름의 상태(층류, 난류)와의 상관관계를 알아본다★ 실험이론1) Hagen-Poiseuille 식모멘텀 수지식으로부터 식을 얻으면, 압력구배의 식을 얻을 수 있다.12dxroFlow direaction(1) Fluid Element At Steady-Flow In Pipe For Hagen-Poiseuille Eq.수평한 원형관 속에 흐르는 Uncompressible, Newtonian Laminar Flow를 생각한다. x축 방향으로 가속은 없다고 가정하며, 따라서 x방향으로는 외부의 어떤 힘도 작용하지 않는다. 양 끝단에는 반대방향으로 압력이 작용하는데, 그 합은(2)유체와 관의 벽 사이에는 마찰이 작용하며 그 크기는(3)where,이 Pressure Force와 Shear Force는 X축으로 작용하는 유일한 힘이고 힘들의 합은 0이므로, 두 힘은 크기가 같고 방향이 반대이다. 그러므로(4)점성의 정의로부터(5)이므로, (4)식과 (5)식을 같게 놓으면(6)압력구배는 반지름에 의존하지 않으므로, (2)식을 변수분리하여 적분하면,(7)이때, 벽에서의 유속이 Zero라고 가정하면,그러므로,(8)관의 중심()에서 유속은 최대값을 가지므로(9)관의 단면에서를 적분하면 부피유속을 얻을 수 있다.(10)이로부터 평균유속을 구할 수 있다.(11)(12)이 식을 미분 형태로 쓰면 최종적인 Hagen-Poiseuille식을 얻을 수 있다.Hagen-Poiseuille식은 층류일 경우에만 적용되는 식임에 주의해야 한다.2) Bernoulli 식마찰손실과 기계적 에너지를 포함하는 Bernoulli식을 나타내면 다음과 같다.(13)where,: Shaft Work: Total Friction Loss: Efficiency: 평균유속Z1Z2DoRoLHhDR Equipment for Efflux Time(13)식에서, 각 지점 ‘1’, ‘2’에서 받는 압력의 차는 매우 작고, 이 계가 밖으로 해 주는 일이 없다고 가정하면, ()(14)연속 방정식(Continuity Eq.),이므로(15)로 나타낼 수 있다. 마찰손실을 고려하면,(16)그리고 높이의 차는이므로 정리하면,(17)관의 축소, 확대 및 밸브 등의 마찰손실을 무시할 수 있으므로,(18)로 쓸 수 있다.윗 식을 작은관으로 빠져나오는 유체의 유속에 대해 정리하면,(19)이므로,(20)일 경우,(21)① 층류의 경우층류일 경우의 Fanning Friction Factor를 적용하면(22)(23)이므로,(24)변수분리하여 적분하면,(25)그러므로 층류에서의 유출시간을 다음과 같이 쓸 수 있다.(26)② 난류의 경우난류의 경우에는 Blasius식에 의해(27)이므로,(28)층류일 경우와 같은 방법으로 난류일때의 유출시간을 구할 수 있다.(29)4. 기구 및 시약Z1Z2DoRoLHhDR① 유출류 실험장치, 온도계, 초시계, 물, 메스실린더② 온도계, 초시계, 물, 메스실린더5. 실험 방법① 펌프를 이용해 탱크에 물을 채운다.② 3개의 직경이 다른 관을 탱크아래에 연결하고, 물을 흘러내리게 하면서 일정수위를 통과하는 시간을 측정한다. 이때 탱크에 일정수위마다 규칙적으로 표시를 해 그 수위를 지날 때 마다 시간을 측정해서 수위에 따른 유속변화도 측정한다.③ 그리고 수위가 맨 위에서부터 바닥까지 줄어드는데 걸리는 시간을 측정하면 평균유속도 측정할 수 있다.④다른 직경을 가진 관들로 교체하고 위와 같은 실험을 반복한다.

자연과학| 2008.05.31| 5페이지| 1,500원| 조회(146)

유속, 유출류, 관

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단증류 예비레포트

단증류★ 실험목적- 2성분계를 시료로 하여 단증류를 행하고 단증류의 의의를 이해한다.- 실험결과를 Rayleigh의 식으로 계산치와 비교해 본다.★ 실험이론① 라울(Raoult)의 법칙1887년 F.M 라울이 유기용매에 유기화합물을 용해한 경우에 실험적으로 발견한 법칙. 묽은 용액에 대해 그 증기압력내림의 크기가 용액 중의 용질의 몰분율에 비례한다는 관계를 나타낸것이다. 용매 n1mol에 용질 n2mol을 용해하였을 때, 증기압이 po에서 p로 강하(降下)하면,또는 p=p0 x1이 성립한다(x1은 용매의 몰분율).전체조성의 영역에서 라울의 법칙을 따르는 용액을이라 한다. 용질이 비휘발성인 경우, 그 묽은 용액의 증기압력내림을 측정해서 용질의 분자량을 결정할 수 있다.② 이상용액의 증기압곡선A, B 2성분계의 혼합물에 대하여 라울의 법칙을 적용해 보면pB =PB(1-x)여기서 pA, pB는저비점과 고비점 성분의 증기분압, PA,PB는 각 성분의 순수상태의 증기압이다. 지금 P로 전압을 나타내면P = pA + pB = PA,x + PB(1-x)돌턴의 분압의 법칙에 의하면 증기중의 성분 A의 몰분율인y는 전압에 대한 A의 분압의 비와 같으므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.③ 비휘발도액상과 평형상태에 있는 증기상에 대하여 성분 B에 대한 성분 A의 비휘발도는 다음과 같이 정의 된다.만약 액상이 라울의 법칙에 따르고 증기상이 돌턴의 법칙에 따른다고 하면,그러므로 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.기액 평형치와 비휘발도 α와의 관계는 다음과 같다.*비휘발도 값이 큰 계일수록 증류에 의하여 두 성분을 분리하기 쉽다.④ 헨리의 법칙헨리의 법칙(Henry's Law)은 ‘일정한 온도에서 기체의 용해도는 그 기체의 압력인 분압이 증가할수록 증가하고, 기체가 액체에 용해될 때에는 발열 반응이므로 일정한 압력에서 온도가 낮을수록 증가한다’는 것이다. 헨리의 법칙에 잘 적용되는 기체는 낮은 압력에서 물에 대한 용해도가 별로 크지 않은 수소, 산소, 일산화탄소, 질소, 메탄 등의 무극성 분자들이 있고, 이와 반대로 물에 잘 녹는 암모니아, 염화수소, 이산화황, 황화수소, 이산화질소 등의 극성 분자들은 헨리의 법칙에 잘 적용되지 않는다. 혼합 기체의 경우는 각 성분 기체의 용해도는 각 기체의 부분압력에 비례한다. 우리가 탄산 음료를 냉장고에 보관하는 이유는 단순히 시원함만 바라는 것이 아니라 음료수에 용해되어 있는 이산화탄소의 용해도를 높게 유지해서 톡쏘는 청량 음료 특유의 맛을 즐기기 위함이다.기액의 경계면(interface)에서는 저항이 없고 순간적으로 평형이 성립되며 계면에 있어서 확산가스의 분압Pi(atm)와 확산가스의 농도Ci(kg mol/㎥)간에는 헨리의 법칙이 성립된다.즉, 기체의 용해도에 대한 법칙으로 온도가 일정할 때 일정량의 약체에 대한 기체의 용해량은 압력에 비례한다. 기체의 평형관계를 나타내는 법칙은 다음과 같다.Ci=H×PiCi : 확산가스의 농도[kg mol/㎥]H : Henry의 상수[kg mol/atmㆍ㎥]*용해도가 낮을수록 액중농도는 감소하며 H값은 커진다*H값은 온도에 따라 변하며, 온도가 높을수록 Henry 상수는 커진다Pi : 분압[atm] .[Henry의 법칙에 적용되는 예]ㆍCO,CO₂,NO,NO₂,CH₄,H₂S 등 물에 잘 용해되지 않는 가스에 성립[Henry의 법칙에 따르지 않는 예]ㆍCl₂,HCl,HF,SiF₄,SO₂ 등 물에 대한 용해도가 큰 것은 물로 씻는다.ㆍ물에대한 용해도의 크기 HCl>HF>Cl₂ㆍ다량의 물로 씻는 가스 : NH₄,HF,HCl,H₂SO₄ 등④ 단증류와 Rayleigh식단증류라 함은 일정량의 혼합액체를 증류기에 넣고, 열을 가해 비등시켜 발생하는 증기를 냉각 응축하여 적당한 양의 유출액이 생겼을 때 조작을 중지하는 증류방법을 말하며 이것은 미분증류라고도 한다.기-액평형의 2성분계를 증류할 때, 일정회 분량의 원액 n0(kgㆍmole)을 단증류하기 시작한 후 어느 순간에 증류기에 남아있는 액체의 몰 수를 n(kgㆍmole)이라 하자. 이때 x와 y를 각각 증기와 액체의 조성이라고 하면 증류기에 남아있는 성분 A의 총 몰수는 다음과 같다.nA = xn (9-1)이 순간에 극히 소량의 액 dn이 기화되면 성분 A의 몰수 변화는 ydn 또는 dnA 이다. 식(9-1)을 미분하면dnA = d(xn) = ndx + xdn (9-2)이 된다. 그러므로ndx + xdn = ydn재정리하면, 다음과 같이된다.dn/n = dx/(y-x) (9-3)식 (9-3)을 초기의 양 n0(kgㆍmole)와 말기의 양 n(kgㆍmole) 사이에서 우변을 초기농도와 최종농도인 x0와 x1사이에서 정적분하면, 초기 및 최종 농도는 다음과 같이 된다.∫n0n1 dn/n = ∫x0x1 dx/(y-x) = ln (n1/n0) (9-4)

공학/기술| 2008.05.31| 3페이지| 1,500원| 조회(400)

단증류, 라울의 법칙, 액상

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계면중합에 의한 나일론 6,10의 합성 예비레포트

나일론의 합성★ 실험목적 및 개요나일론은 직물용의 섬유로서 널리 사용된 첫번째 합성고분자이다. 나일론 6,6 또는 나일론 6,10 과 같이 다른 나일론들의 이름은 단량체의 탄소수에 따라 붙여졌다. 대부분의 나일론들은 디아민과 디카르복시산의 축합반응에 의하여 합성된다. 카르복시산과 아민화합물로부터 나일론을 합성해본다.★ 실험원리고분자(polymer)란 저분자량의 수많은(일반적으로 최소한 100개) 단위들이 공유결합으로 연결되어 이루어진 고분자량의 물질을 말한다. 작은 분자들이 반복적으로 합쳐져서 고분자를 형성하는 과정을 polymerization이라 하며, 이때 작은 분자들을 단량체(monomer)라 한다. 두 가지 형태의 중합, 즉 축합중합과 첨가중합이 알려져 있다. 단량체들의 결합시에 물이나 알코올과 같은 작은 분자가 제거되는 고분자 형성반응을 축합중합이라 하며, 첨가중합에서는 불포화 혹은 고리화합물들이 서로 첨가하여 고분자를 만드는 반응으로 이 때는 작은 분자들이 제거되지 않는다. 전형적인 축합중합 고분자의 일종이 폴리아미드, 즉 나일론이다.같은 양의 디아민과 디카르복시산을 섞으면 아민염을 얻을 수 있다. 이 염을 고온으로 가열하면 한 분자의 물이 빠져나가면서 아미드 결합이 생긴다.나일론6,6은 공업적으로 헥사메틸렌디아민과 아디프산을 215℃에서 여러 시간 그리고 270℃진공하에서 약 한시간 반응시켜 얻는다.아디프산 + 헥사메틸렌디아민 -> 폴리헥사메틸렌 아디프아미드 또는 나일론 6,6나일론을 만다는 또 다른 방법은 반응성이 큰 산염화물을 이용하는 것으로, 이산염화물은 실온에서도 아민과 쉽게 반응하여 폴리아마이드를 만들 수 있다(Schotten-Baumann 반응).즉, 염화세바코일과 헥사메틸렌디아민은 실온에서도 다음과 같이 반응하므로 나일론 6,10은 실험실에서도 쉽게 합성할 수 있다.염화세바코일 + 헥사메틸렌디아민 -> 폴리헥사메틸렌 세바스아미드 또는 나일론 6,10헥사메틸렌디아민은 물에 그리고 염화세바코일은 물과 섞이지 않는 용매에 녹여 접촉시킴으로써, 두 용액의 계면에서 중합반응이 일어나게 된다. 따라서 이러한 중합반응을 계면중합이라고 한다. 이 계면에서 생긴 중합체(나일론)의 필름을 집게로 집어 올리면 필름이 제거됨과 동시에 그 자리에 새로운 중합체가 계속 생성되게 되는 연속반응으로 인하여 끈이나 실 모양의 고분자 중합체를 만들 수 있다. 이것을 나일론끈 마술이라 부른다. 또한, 섞이지 않는 두 용액은 혼합기를 사용하여 세게 흔들어주면, 두면의 접촉면이 넓게 되어 짧은 시간에 많은 중합체를 얻을 수 있다. 그러나 이 방법은 산염화물이 비싸기 때문에 공업적으로는 잘 사용되지 않는다. 현재 우리나라에서 많이 생산되고 있는 나일론 6은 한 분자안에 아민기와 산기를 모두 갖고 있는 단량체인 ε-카프로락탐의 중합으로 만든다.이 밖에도 다양한 용도에 맞게 많은 종류의 나일론들이 개발되어 왔다. 특히 방향족 디카르복시산과 방향족 아민들을 사용하여 만든 아라미드 섬유 같은 것은 매우 강하고 튼튼한 물성을 갖는다.★ 실험기구 및 시약- 기구 : 비커(250ml), 눈금피펫(5ml), 핀셋, 유리막대, 오븐 또는 진공오븐, 감압거름장치, 진공펌프, 저울, 녹는점 측정기- 시약 : 헥사메틸렌디아민, 염화세바코일, 디클로로메탄 또는 사염화탄소,메탄올 테트라클로로에틸렌, 아세톤, 수산화나트륨★ 실험 방법① 염화세바코일 0.5ml(->0.2ml)를 눈금피펫으로 취하여 디클로로메탄(또는 사염화탄소) 10ml가 들어있는 50ml(->100ml) 비커에 용해시킨다.② 50ml 눈금실린더(비커)에서 헥사메틸렌디아민 0.46g 과 수산화나트륨 0.08g을 10ml의 증류수에 용해시킨다.

공학/기술| 2008.05.31| 2페이지| 1,500원| 조회(686)

나일론, 나일론 합성, 6.10 나일론

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반응열의 측정과 Hess의 법칙 예비레포트

화학 반응열의 측정과 Hess 의 법칙생명?화학공학과20612328 신혜진실험 원리화학 반응이 일어나면 열 변화가 수반되는데 화학계 주변으로 열을 방출하면 이 반응을 발열반응이라고 하고, 주변의 열을 흡수하면 흡열반응이라고 한다. 이와 같이 어떤 화학 반응에서 얼마만큼 열이 날지를 예측하기 위해서는 각 물질의 열함량, 즉 엔탈피를 알고 있어야 한다. 어떤 물질이 많은 에너지를 함유하고 있으면 불안정하여 화학결합을 할 때에 엔탈피를 낮추면서열(에너지)를 내는 발열반응을 하게 된다. 물질계의 내부에너지가 E, 압력이 P, 부피가 V 일 때 그 상태의 엔탈피(H)는 다음과 같이 정의 된다.H = E + PV일정압력에서 발생하는 계의 엔탈피 변화(ΔH)는 열의 형태로 나타나는 에너지 변화이다. 이것은 일정한 압력 하에서 진행되는 반응에 대해 열의 흐름은 그 계의 엔탈피변화의 척도임을 의미한다.엔탈피는 물질이 가지는 고유한 화학에너지로 상태함수이기 때문에 반응물과 생성물의 엔탈피를 알면 어느 화학 변화에 대한 엔탈피변화를 계산할 수 있다. 또한 엔탈피는 상태함수이기 때문에 출발물질과 최종 물질이 같은 경우에는 어떤 경로를 통해서 만들더라도 그 경로에 관여한 엔탈피 변화의 합은 같아 다음과 같은 관계가 성립한다. 이를 Hess 의 법칙이라고 한다.고체 NaOH 과 HCl 과의 중화 반응을 반응식으로 나타내면 다음과 같으며, 여기서 ΔH 은 이 반응의 반응열이다.NaOH(s) + H(aq) + Cl(aq) → HO(l) + Na(aq) + Cl(aq) (1)이 반응을 다음과 같이 두 단계로 일어나게 할 수 있다. 즉 고체 NaOH 를 물에 녹여 NaOH 수용액을 만들고, 이것을 HCl 로 중화한다.NaOH(s) → Na(aq) + OH(aq) (2)Na(aq) + OH(aq) + H(aq) + Cl(aq) → HO(l) + Na(aq) + Cl(aq) (3)여기서 ΔH 및 ΔH 는 각각 두 반응에 대한 반응열이다. 반응식 (2)와 반응식 (3)을 더하면 반응식 (1)이 된다. 따라서 각 반응열 사이에서도 다음과 같은 Hess 의 법칙(ΔH = ΔH + ΔH)을 만족시킴을 확인할 수 있다.NaOH(s) → Na(aq) + OH(aq)＋ Na(aq) + OH(aq) + H(aq) + Cl(aq) → HO(l) + Na(aq) + Cl(aq)NaOH(s) + H(aq) + Cl(aq) → HO(l) + Na(aq) + Cl(aq)실험 방법1) NaOH(s) + H+(aq) + Cl-(aq) → H2O(l) + Na+(aq) + Cl-(aq)의 반응열(ΔH)i) 보온병의 질량을 0.01g 까지 측정한다ii) 여기에 0.25M 염산 용액 200ml 를 넣은 다음 온도(Ti)를 0.1℃까지 측 정한다.iii) 2.0g 의 고체 수산화나트륨 알갱이를 0.01g 까지 측정하여 보온병에 넣고 흔들어서 잘 녹인 다음 이 용액의 최고 온도(Tf)를 기록한다.iv) 중화된 용액을 포함하는 보온병의 질량을 재서 기록한다2) NaOH(s) → Na+(aq) + OH-(aq)의 반응열(ΔH)i) 실험 1)에서와 같은 방법으로 실험장치를 준비한 다음 여기에 0.25M 염산 용액 대신 증류수 200ml 를 사용하여 같은 방법으로 실험을 반복 하여 수행한다.

공학/기술| 2008.05.31| 3페이지| 1,500원| 조회(480)

반응열, 실험, hess의 법칙

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