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기체상수의 결정

실험 2-1. 기체 상수의 결정1. 목표대부분의 기체가 온도가 충분히 높고, 압력이 충분히 낮은 상태에서는 이상기체 상태방정식(PV=nRT)을 잘 만족시킨다는 사실을 이용하여 이산화탄소기체의 압력, 부피, 몰수와 온도를 측정하여 기체상수(R)을 결정한다.2. 원리(1) 강산과 탄산염의 반응기체의 양과 온도, 부피, 압력 사이의 관계는 기체 상태 방정식으로 주어진다. 대부분의 기체는 온도가 충분히 높고 압력이 충분히 낮은 상태에서 이상기체 상태방정식(PV=nRT)을 잘 만족한다. 위 식에서 R은 “기체상수”라고 하는 기본 상수이다. 이 실험에서는 K2CO3와 HCl을 반응시켜 이산화탄소 기체를 발생시키고 압력과 부피, 온도를 측정하여 기체상수를 결정한다.탄산염과 강산인 염산이 만나면 이산화탄소를 발생시키는 반응이 일어나게 되는데 탄산염은 이 반응에서 발생한 이산화탄소 기체의 부피는 기체 발생 장치에서 밀려나간 물의 부피로부터 계산할 수 있다. 그러나 이산화탄소 기체와 함께 수증기도 포함되어 있으므로 이산화탄소 기체의 압력을 정확하게 알아내기 위해서는 첨부되어 있는 온도별 물의 포화 증기압 표를 이용하여 수증기의 부분압력을 보정해야 한다.(2) 이상기체 상태방정식 (PV=nRT)실험에 앞서 PV=nRT에 대하여 설명해 본다. 기체의 상태를 기술하려면 서로 연관되는 네 가지 상태함수, 즉, 압력, 부피, 온도와 몰수가 사용된다.Boyle 의 법칙 : 일정한 온도에 주어진 양의 기체에 의해 작용하는 압력은 기체의 부피가 감소함에 따라 증가한다.Charles 의 법칙 : 일정한 압력에서 주어진 양의 기체에 의해 차지하는 부피는 기체의 온도가 증가함에 따라 증가한다.Avogadro의 법칙 : 일정한 온도와 압력에서 기체가 차지하는 부피는 기체의 양에 직접적으로 의존한다.위의 세 법칙을 합하면 결과는 아래와 같다.비례상수는의 곱으로 표시되고 이것을 R 로 표시하여 기체상수 (gas constant)라고 부른다.또는 PV = nRT위의 마지막 식이 이상기체의 상태를 기술하므로 이상기체법칙 (ideal gas law)이라 불리운다. 그러나 이상 기체와 같은 기체는 없다. 그러나 대기압 부근이나 약간 낮은 압력과 실온 부근의 온도에서 실제 기체는 이상기체에 충분히 유사하게 거동하므로 PV=nRT는 적당한 표현이다. PV=nRT 란 식을 사용하기 위하여 R에 대한 값이 필요하다. 많은 실험은 표준온도와 압력 (STP - 0℃ 또는 273.15 K의 기체 온도와 1.0000 atm 의 압력)의 조건하에서 1몰의 기체는 표준 몰부피라 불리는 22.414 L 의 부피를 차지한다는 것을 보여준다. 이 값을 이상기체 법칙에 대입하여 R에 대한 값을 얻을 수 있다.R 값이 비록 다섯 자리 유효숫자로 계산되었지만 일반적으로 세 자리 유효숫자로 반올림하여 사용한다. 만일 P를 SI단위인 pascal(kg m-1 s-2), V를 m3으로 사용하면, R값은 다음과 같이 달라진다.정의에 따르면 1 kg m2 s-2은 1 joule(에너지의 SI단위로서 J로 표시)이므로, 기체상수 R은 다음과 같아진다.이상기체 법칙은 기체의 다른 세 가지 성질을 알고 있을 때 나머지 하나를 계산하는 데 유용하다.(3) 결과 처리방법결과 처리의 방법에 대하여 설명하자면, 먼저 실험실의 온도를 기록한다. 실험실의 압력은 1atm이라고 하자. 실험을 시작했을 때 삼각플라스크 안에 물의 증기압이 발생하므로 압력조건에서 이 값을 빼줘야 한다. 아래의 표에 온도별 물의 포화 증기압을 이용하여 아래와 같은 방법으로 보정된 압력을 구할 수 있다.K2CO3의 분자량을 이용하여 mol수를 구해 놓는다. 실험을 통해 발생한 CO2 의 부피인 V만 측정하면를 이용하여 기체상수를 구할 수 있다.2. 실험기구 및 시약6 M HCl 150 mL, K2CO3, 100 mL 눈금피펫, 100 mL joint삼각플라스크, 수위조절기, 타이곤 튜브(0.2 m, 1 m, 1.2 m 각 1개), 3 way stopcock 1개, vacuum adapter 1개, vial cap, 핀셋, 스탠드, 뷰렛홀더, 클램프, 온도계3. 실험방법1) K2CO3 을 대략 0.1 g, 0.2 g, 0.3 g, 0.4 g, 0.5 g 정도씩 vial 뚜껑에 담아 놓는다.2) 100mL 피펫의 아래쪽에 수위 조절기를 연결하고, 위쪽은 플라스크와 연결한 후, 유리관의 물높이를 가장 높은 눈금부근에 오도록 조절한다.3) 100 mL 삼각플라스크에 6M HCl 30mL를 넣고 시료가 담긴 vial 뚜껑을 조심스럽게 HCl용액위에 띄워놓는다.4) vacuum adaptor로 삼각플라스크의 입구를 막는다. (주의: 이때 three way의 방향은 외부와 노출되어있어야 조절해 놓은 피펫의 수위에 지장을 주지 않는다.) 기체가 샐 수 있는 모든 부분에 주의한다.5) 삼각플라스크를 조금씩 흔들어주면서 반응을 시킨다. 이산화탄소가 발생되기 시작하고 이산화탄소 발생으로 인한 부피변화가 더 이상 없으면, 수위조절기를 낮추어 수위조절기의 수위와 피펫의 수위를 맞춰준다. 이때 (3~4cm정도 피펫의 수위가 더 내려간다.)6) 더 이상 기체가 발생하지 않으면 수위조절기의 높이를 피펫의 수위와 정확히 맞춘 후 눈금을 읽고 기록한다.7) 실험실의 온도와 압력을 기록한다.8) 실험을 여러 번 반복한다.실험 결과 보고서: 2-1. 기체상수의 결정1. 실험 결과측정 무게반응 전 눈금반응 후 눈금0.1 g0 mL18.4 mL0.2 g0 mL33.7 mL0.3 g0 mL49.8 mL0.4 g0 mL67.9 mL0.5 g0 mL85.2 mL2. 기체의 온도 : 17 oC3. 물의 온도 : 17 oC4. 실험실의 압력(atm) : 1 atm증기압(atm) : 14.530 mmHg = 0.01911 atm증기압 보정후 압력(atm): 1 atm - 0.01911 atm = 0.9809 atm[자료분석]보정된 부피(P) = 0.9809 atm절대온도(T) = 290 KK2CO3 의 분자량 = 138.204이상기체 상태방정식 PV = nRT에서의 식을 이용하여 실험에서 측정한 값을 식에 대입하여 기체상수를 구해본다.

자연과학| 2011.09.21| 6페이지| 1,000원| 조회(749)

이상기체, 강산, 기체상수, 탄산염

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[공학]관성모멘트의 측정 예비보고서

관성모멘트의 측정1조 20071397 김정수1. 목표물체의 회전주기는 그 물체가 가진 관성모멘트의 크기에 관계한다. 이러한 회전주기 측정을 통하여 각 물체의 관성모멘트를 구한다.2. 원리물체의 관성질량은 뉴턴의 운동법칙에 의해 m=F/a 으로 표시된다. 이것은 관성질량이 큰 물체는 같은 힘을 주었을 때 가속이 느린 것을 보여준다. 따라서 관성질량은 물체가 직선운동에 대해 저항하는 정도를 표시한다. 이와 같이 회전운동의 경우 토크 (torque) 를 가할 때 어떤 물체는 쉽게 회전하고 어떤 물체는 천천히 회전하는 것을 볼 수 있다. 이러한 회전운동에 대한 저항 정도를 우리는 관성모멘트로 표시한다.스프링(복원 토크 D)에 물려 있는 물체의 회전진동주기(T)와 물체의 관성모멘트(l)와의 관계는 다음과 같다.T=2π(1)그리고 관성모멘트는 이론적으로 다음과 같이 표시된다.I=² (2)여기에서은 각 물체의 질량이며,은 중심축에서의 거리를 표시한다. 질량이 커지면 관성모멘트가 증가하고, 같은 질량이라도 축에서 멀어지면 관성모멘트가 증가하는 것을 위식은 보여준다.참고로 막대중심을 축으로 하는 막대의 관성모멘트는ml²이며 l은 막대의 길이이다. 주기(T)와 복원 돌림 힘(D)를 측정하여 식 (1)에서 관성모멘트를 구하고 식 (2)의 이론적인 값과 비교를 한다. 또한 거리 r에 따라 주긱와 관성모멘트를 측정하여 구한다.3. 실험방법가. 복원 돌림 힘 D의 측정⑴ 막대를 평형상태에서 ?=180 ? 회전하여 스프링 저울을 막대와 90 ? 로 하여 힘 F(단위N)를 측정한다. 이때 거리 r을 0.1m, 0.15m, 0.2m 인 지점에서 각각 측정한다.(표1)

공학/기술| 2007.04.30| 2페이지| 1,000원| 조회(388)

관성모멘트, 모멘트, 관성

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[공학]힘의 평형 결과 보고서

힘의 평형1조 20071397 김정수1.실험DATA횟수F₁(N)F₂(N)()()()늘어난길이(mm)측정값F₃(N)계산값(N)%오차11.030051.0*************0.2560.2694.9%20.539550.539551591128950.160.19618%30.539550.7*************10.3520.3633%40.245250.5*************20.3840.3674.6%*용수철 상수(k)= 32 N/m*추 걸이 질량= 5 g2. 평가1,3,4번 실험은 적은 오차로 실험이 비교적 잘되었다. 오차의 원인으로는 도르래의 마찰력과 용수철저울의 상태가 별로 좋지 않았던것이 오차의 원인이 되었다. 계산값은 해석법에 의한 합성방법 공식에 대입하여 구하였고 복잡한 식은 공학용계산기를 사용하였다.

공학/기술| 2007.04.30| 1페이지| 1,000원| 조회(841)

힘, 힘의 평형, 결과

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길이측정 예비보고서

1. 길이측정(버어니아 캘리퍼스,마이크로미터)2. 1조 20071397 김정수3. 목적버어니아 캘리퍼스 와 마이크로미터에 대한 사용방법을 바르게 숙지하여 물체의 길이를 정확하게 측정한다.4. 기구버어이니아 캘리퍼스(Vernier calliper)마이크로미터(Micrometer)5. 측정방법 및 주의사항버어니아 캘리퍼스 (vernier calipers)(1) 버어니아 캘리퍼스 구조▶ 용도 :AB - 외경재기CD - 내경재기E - 깊이재기▶ 정밀도 : 0.02~0.05 mm▶ 눈금 : 어미자 1mm아들자 1/20~1/50mm(2) 눈금 읽기- 아들자의 눈금 0을 기준으로 어미자의 눈금을 1mm 단위로 읽는다.- 어미자의 눈금과 일치하는 아들자의 눈금 수에 정밀도를 곱한다.- 어미자의 눈금과 아들자의 눈금을 더한다.※ 측정방법 :▶ 아들자 눈금 0 이 어미자와 만난 곳을 읽는다. (21mm)▶ 어미자와 아들자 눈금이 일치한 곳의 아들자 눈금 을 읽는다. (0.35mm)▶ 치수 21 + 0.35 = 21.35mm↓ ↓(3) 측정시 주의 사항a. 외측 측정:▶ 가능한 기준 단면에 가깝게 측정물을 좁혀서 측정▶ 본 척의 외측면을 측정물레 밀착해서 측정▶ 가능한 내측 JAW를 깊게 삽입하여 측정▶ 내경을 측정 할 때는 지시치가 최대가 되는 점의 값을 읽음▶ 홈 폭을 측정 할 때는 지시값이 최소가 되는 점의 값을 읽음b. 내측 측정▶ depth기준면을 공작물에 밀착하여 측정c. 깊이 측정d. 단차 측정▶ 단차 측정면을 공작물에 밀착하여 측정마이크로미터(micrometer)(1) 마이크로미터 구조▶ 원리- 슬리브 : 0.5mm의 간격 눈금- 딤블 : 원주를 50등분- 한바퀴 돌렸을 때 0.5mm 전진하거나 후진한다▶ 측정용도 : 물체의 지름, 두께▶ 측정정밀도 : 1/100mm▶ 구조 : A - 앤빌, B - 슬리브, C - 스핀들D - 딤블, E - 래칫스톱, F - 프레임(2) 눈금 읽기- 좌측의 가로형태의 눈금은 슬리브 눈금이고, 우측의 세로형태의 눈금은 딤블의 눈금이다.- 슬리브 눈금은 다시 아래, 위로 나누어져 있는데 위는 1눈금이 1mm이며,아래는 그 중간에 위치하므로 0.5의 기준이 된다.- 먼저 슬리브의 눈금을 읽어 낸다.- 딤블의 눈금을 읽어낸다.※측정방법▶ 슬리브와 딤블이 만난 곳의 슬리브 눈금을읽는다. (3.5mm)▶ 슬리브와 딤블이 만난 곳의 딤블 눈금을읽는다.(11.1mm)▶ 측정값은 2.5 + 11.1/100 = 2.611mm(3) 측정시 주의 사항a. 기점을 달 닦는다.▶ 라쳇스돕에 의해서 측정력을 가하여 양측면을setting한다▶ 눈금은 정면에서(숫자의 10과 40이 동시에 크게보이는 위치) 읽도록 한다.▶ 측정 길이가 300mm 이상일 때에는 측정시 자세와 같은 자세로 영점 setting 하도록 한다.b. 측정 할 때에도 필히 라쳇스돕을 c. 스텐드에 고정할 때에는 프레임의 중앙부에 이치

자연과학| 2007.04.03| 5페이지| 1,000원| 조회(1,653)

마이크로, 어미, 눈금, 캘리퍼스, 어니

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