1. 반응기의 type, 반응속도식에 대하여 기술하시오.1) 반응기 (chemical reactor)- 화학반응을 진행시키기 위해 사용하는 기구.- 반응을 자유롭게 제어할 수 있다.- 어떤 방식을 택하는가는 제품의 생산량, 균일성, 화학반응의 성질, 장치의 제어성 등의 조건으로 결정된다.- 근대 화학공업에서는 유통식을 채택하는 경우가 많다.- 가장 일반적으로 사용되는 액체상반응의 경우 실험실에서 사용되는 것으로는 플라스크·비 커 등의 반응용기, 교반기, 가열 또는 냉각기, 시료도입기 등이 있다.- 반응 혼합물의 물리적, 화학적 특성과 조업 조건에 따른 중합반응기의 거동을 연구하는 일은 반응기의 설계와 운영에 있어서는 우선적으로 시행되야 한다.※ 반응기의 종류- 조작방식에 따라 연속 교반형 탱크 반응기(CSRT) , 관형 반응기(플로식, PFR), 회분식 반응기 등으로 분류된다.① 연속 교반형 탱크 반응기 (CSRT : Continously-stirred tank reactor)- 한 번 원료를 넣으면, 목적을 달성할 때가지 반응을 계속하는 방식- 도입되는 반응물질들이 완전히 교반되는 탱크 즉, 탱크 출구에서의 농도들과 탱크 안의 농도들이 완전히 균일하다- CSTR은 반응물의 농도와 온도 등, 반응조건이 반응기 내부전체에 걸쳐 균일하므로 생 성물의 분자량 분포가 좁다는 이점이 있다.< CSTR의 개략도 >② 관형 반응기 (PFR : Plug-flow reactor)- 관형반응기라 함은, 그 생긴 모양이 단순히 관 모양이어서가 아니라, 반응기안에서의 물 질의 흐름이 관에서의 흐름과 같은 반응기를 말하는 것이다.- 반응기에 도입된 물질의 흐름이 축 방향 혼합 없이 방사 방향만의 혼합이 일어나며 흐 르는 반응기를 나타낸다.- 상태(온도, 조성, 유속)는 한 단면에서는 일정하며, 입구로부터의 거리에 따라서는 연속 적으로 변하게 된다.③ 회분식- 반응이 진행되는 도중에 반응물이나 생성물의 입출입이 없는 방법- 간단하고 보조장치가 불필요하다- 시간에 따라 조성이 변화되는 비정상 상태의 조작or- 반응기내의 모든 곳의 조성은 각 순간마다 일정하다2) 반응 속도식- 화학반응이 진행되는 속도로 보통 단위시간당 소모된 반응물의 양이나 생성된 생성물의 양으로 나타낸다- 빠른 반응 : 이온들이 결합하거나 분리되는 반응- 느린 반응 : 공유결합이 만들어지거나 끊어지는 반응- 주어진 반응물들에 대한 반응속도는 반응온도나 압력 그리고 사용된 반응물들의 양에 따라 다르다. 일반적으로 반응물들이 소모됨에 따라 반응속도는 점점 느려진다.- 반응에 참여하지는 않지만 반응물에 첨가된 촉매는 매우 느리게 일어나는 반응을 가속화시킨다.※ 비가역 화학반응에 대해(액체상에서)반응속도[A의 mole수/시간×부피]＝- 반응속도는 mole수/(시간ㆍ부피)의 단위로 표시- 부피는 반응혼합물의 부피(종종 반응기 자체의 부피)에 해당- 농도와는 부피당 mole 수의 단위로 나타냄(기체상에서)반응속도[A의 mole 수/시간×부피]＝- 반응물질의 농도가 흔히 기체의 분압(atmospheres단위)으로 나타내어짐- 반응속도는의 단위에 따라서 mole 수/(시간ㆍ부피) 또는 atmospheres/시간(이상기체법칙을 사용하면 moles/(시간ㆍ부피)로 바꿀 수 있음)의 단위로 표시됨-항은 반응속도정수라고 부르는데, 그 단위는 반응속도식의 형태에 따라서 결정된다.; ex) 두 식에서 나타낸 형태의 속도식에서는의 단위가 n과 m의 값에 따라서 정해진다. 또한,(반응속도“정수”)은 주어진 온도에서 일정한 갓을 가지며, 온도가 변하면 그 에 따라서 변한다.의 온도의존성은 보통 다음과 같이 나타내어지는데여기서는 빈도수인자(과 같은 단위를 가짐), Ea는 이미 설명한 바 있는 활성화 에너지(mole당 에너지의 단위를 가짐), R은 기체상수, 그리고 T는 반응이 일어나는 온도(절대온도로 표시됨)이다.- 반응 차수 : A에 대해서 n차 반응이며 B에 대해서 m차 반응이라고 함ex) 어떤 반응에 있어서 n=3 이고 m=5이면 그 반응은 A에 대해서 “3차”이고 B에 대 해서 “5차”라고 표기되고 합쳐서 전체 “8차”반응이 됨2. 열전달의 type, 원리, 이론식, 무차원(5개이상)에 대하여 기술하시오.① 전도- 물체의 인접한 부분 사이의 온도차이로 인해 일어나는 열의 전달현상으로 물질이동을 수반 없이 고온부에서 저온부로 열이 전달되는 현상.- 전도에 의한 열전달은 진동에 의한 충돌에 의하여 서로 이웃한 분자들 사이에서 에너지가 이동함으로써 일어난다.- 열전도율은 전도체 내에서 인접한 분자와 전자들 사이의 에너지 교환과정과 밀접한 관계가 있다.※ * Fourier 의 열전도법칙- H=－k (A/l)(T2-T1)- 막대 모양 물체에서 그 열류량은 막대의 단면적과 양끝 사이의 온도차에 비례하며 막 대의 길이에 반비례한다.- 즉 열류량 H는 단면적 A와 막대의 길이l의 비율에 온도차(T2-T1)와 -k (k는 열전도율) 곱한 것과 같다.- (-)부호는 열이 항상 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하기 때문에 붙인 것- k는 열전도도로써 가 큰 물질은 좋은 열전도체이며 작은 물질은 좋은 단열재이다.시간당, 길이당, 온도당 에너지의 단위사용 (w/mK)- ex) 좋은 열전도체인 구리의 열전도율은 0.093 ㎉/s·m·℃, 즉 390W/m·K,단열재인 목재의 열전도율은 0.00003㎉/s·m·℃ 또는 0.12W/m·K② 대류- 가열된 공기나 유체가 움직이면서 열이 전달되는 현상- 열의 세 가지 전달과정 중 하나로, 열 때문에 유체가 상하로 뒤바뀌며 움직이는 현상.- 열전달 속도는 유체의 속도가 증가할수록 커지게 된다.- 자연스런 대류는 유체의 온도가 높아지면 부피가 팽창하여 밀도가 낮아지고 부력이 커져서 결국 위로 올라가려고 하기 때문에 생긴다. 이런 순환운동으로 주전자의 물이나 방의 공기가 균일하게 가열된다. 분자가 열을 받으면 속도가 커져서 움직이는 공간을 넓히고 위로 올라간다. 그러나 위로 올라간 분자는 다시 식어서 서로 가깝게 모이게 되고, 밀도가 커져서 결국 밑으로 내려온다.- 강제로 대류를 시키는 강제대류는 온도변화에 따라 생기는 것이 아니다. 선풍기로 공기를 움직이거나 물을 펌프로 끌어올리는 등 강제적인 힘이 필요하다.- 대기 중에서 일어나는 대류는 태양복사에 의해 지구 표면의 일부가 가열되어 분자들이 위로 올라간 후, 차가운 물질 표면에 닿으면 식어서 내려오는 과정이다. 이러한 대류는 보통 수직으로 일어나며 구름이나 천둥 등의 기상현상을 공기의 대류현상으로 설명할 수 있다.- ex) 냉장고의 얼음은 높은 데에 두고, 난방기구는 낮은 데에 두는 것※ Qconv = hA(Tsurface-Tbulkfluid)- Qconv : 대류에 의하여 위치 1→2로 일어나는 열전달속도 (J/s)- h : 계의 형태, 유체의 특성, 유체에 작용하는 외력에 대한 영향을 고려한 열전달계수 (W/m2K)- A : 대류가 일어나는 단면적 (m2)- T : 온도 (K)③ 복사- 복사에 의한 열의 전달방식은 대류나 열전도와 달라서, 주위에 열을 중개하는 물질 없이도 빛과 동일한 속도로 순간적으로 고온체로부터 저온체로 열이 전달된다.- 열복사의 세기는 물체의 종류와 온도에 따라서 결정되는데, 온도가 높을수록 커진다.- 빛과 마찬가지로 반사판으로 열의 방향을 바꿀 수 있는 특성이 있다.- 복사는 자유공간 내에서 빛의 속력과 같거나, 빛보다 느리지만 열속도(공기분자속도 등) 보다는 훨씬 빠른 속력으로 움직이는 에너지- 첫번째는 전자기 복사인 전파, 마이크로파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선, 중성미자가 포함된다. 이들의 정지질량은 0이다. 2번째는 전자·양성자·중성자 등과 같은 입자들이 포함된다. 이들 입자들은 정지질량을 가지고 있다.- 복사선을 잘 흡수하는 물체일수록 그 자체의 복사선을 내는 작용도 강하다- ex) 빛(전자기 복사의 형태)과 소리(음향 복사의 형태)난로 등의 발열체에 손을 가까이 대면 주위 공기가 따뜻하지 않아도 손이 더워지는 것- ex) 태양과 지구 사이의 공간이 거의 진공상태인데도 대량의 태양열이 지상에 도달하는 것은 열이 복사선의 형태로 운반되기 때문이며, 밤이 되면 물체가 점점 차가워지는 이유도 태양으로부터의 열복사 대신 지상으로부터 하늘을 향해 열이 복사되기 때문이다.※ Qrad = ?σA(Tsurface)4- Qrad : 위치 1→2로의 복사에 의한 열전달 속도 (J/s)- ? : 완전한 복사체와 비교하여 표면이 얼마나 복사선을 잘 방사하는 지를 표현하는
< 상변화 물질의 종류와 전열원리, 특성에 대하여 기술하시오 >※ 잠열 (latent heat)- 어떤 물질이 상전이 될 때 즉, 고체에서 액체(또는 액체에서 고체), 액체에서 기체 (또는 기체에서 액체)가 될 때 열을 흡수하거나 방출하는 열- 물의 경우 섭씨 0도 얼음(고체)에서 물(액체)로 바뀔 때 1 g당 80 cal(335J)의 열을 흡수 합니다. 이러한 열은 같은 양의 섭씨 0도의 물을 80도까지 올릴 때 필요한 열량과 같다※ 상변화 물질(PCM - Phase Change Material)- 잠열의 큰 열 흡수/방출 효과를 이용하여 에너지를 저장하거나 온 도를 일정하게 유지시키는 목적으 로 사용되는 물질- 상변화과정에서 모든 물질은 화 학적 결합이나 형성 같은 화학적 반응이 아닌 분자의 물리적인 배 열이 바뀌게 된다※ 상변화 물질의 종류와 전열원리, 특성1. 유기물질의 상변화물질 Organic Phase Change Materials1) 탄소와 수소로 이루어진 탄화수소계열의 상변화물질- 테트라데칸, 옥타데칸, 노나데칸 등의 물질2) 파라핀계열의 상변화물질- 환경친화적 열에너지저장물질- 고체에서 액체상태로 상이 변하면서 일정한 양의 에너지를 저장한다.- 액체에서 고체상태로 상변화가 이루어지는 경우에는 저장된 열을 방출한다.- 특징 :① 우수한 열저장용량 ② 일정한 흡열 및 방열 ③ 환경친화적 제품④ 무독성 ⑤ 100% 재활용이 가능 ⑥ 오랜 수명⑦ 안정적인 상변화 사이클 ⑧ 취급이 용이 ⑨ 다양한 용융점- Hydrocarbon PCM (탄화수소계열의 상변화물질분류)탄화수소용융점잠열량비 중n-Decane-29.65 ℃202 kJ/kg726 kg/m3n-Undecane-25.60 ℃177 kJ/kg737 kg/m3n-Dodecane-9.60 ℃216 kJ/kg745 kg/m3n-Tridecane-5.40 ℃196 kJ/kg753 kg/m3n-Tetradecane5.80 ℃227 kJ/kg759 kg/m3n-Pentadecane9.90 ℃207 kJ/kg765 kg/m3n-Hexadecane18.10 ℃236 kJ/kg770 kg/m32. 무기물질의 상변화물질 Inorganic Phase Change Materials- 6개의 물분자가 결합된 수화물형태의 염화칼슘- 주로 태양열축열 또는 자연공조 분야에 사용되고 있는 수화물- 장점 : 비중이 크고 잠열량이 크다.- 단점 : 부식성이 강하고 부피팽창이 크다.- Inorganic phase change materials (수화물계열의 무기상변화물질)무기화합물용융점잠열량비 중FeBr3 · 6H2O27.0 ℃105 kJ/kgkg/m3CaCl2 · 6H2O29.9 ℃192 kJ/kg1.62 kg/m3LiNO3 · 3H2O30.0 ℃255 kJ/kg1.55 kg/m3Na2SO4 · 10H2O32.4 ℃251 kJ/kg1.46 kg/m3Na2CO3 · 10H2O33.0 ℃247 kJ/kg1.44 kg/m3Na2HPO4 · 12H2O35.0 ℃281 kJ/kg1.52 kg/m3Zn(NO3)2 · 6H2O36.0 ℃147 kJ/kg1.92 kg/m3CaBr2 · 6H2O38.2 ℃115 kJ/kg2.30 kg/m3ZnSO4 · 7H2O38.9 ℃kJ/kgkg/m33. 입상 형태의 상변화물질 Granulated Phase Change Materials- 중량대비 35%의 상변화물질이 결합된 입상형태의 열에너지저장제품- 용융되거나 응결되는 상변화 과정을 통하여 열에너지를 저장하거나 잠열을 방출하게 된 다.- 장점 :① 상변화과정 중에도 고체의 입자형태를 유지한다.- 체적의 변화가 없으므로 여러 분야에 적용하여 많은 양의 열에너지를 저장하거나 방 출하여 일정한 온도를 유지할 수 있다.② 어떠한 형태의 용기에도 사용할 수 있다.③ 표면적이 넓기 때문에 열전달을 효과적으로 할 수 있다.④ 적용 온도에 따라 다양한 용융온도와 다양한 입자크기의 제품으로 공급된다.- 사용 : 전열방식과 보일러 온수방식의 바닥 난방방식과 식품운송시의 잠열저장목적으로 주로 이용된다.- 특징 :① 우수한 열저장용량 ② 일정한 온도에서 열흡수/방출③ 체적변화가 없음 ④ 고체상태로 취급이 용이⑤ 환경친화적 제품 ⑥ 무독성ㅇ 100% 재활용이 가능⑦ 오랜 수명 ⑧ 안정적인 상변화사이클⑨ 다양한 용융점 ⑩ 다양한 크기의 입도로 공급가능4. 분말 형태의 상변화 물질 Powdered Phase Change Materials- 상변화물질과 환경친화적인 실리카의 조성으로 만들어진 물질이다.- 어떠한 온도에서도 응착되지 않고 입자의 유동성이 자유롭다.- 의료용 제품에 이상적으로 적용할 수 있다.- 어떠한 형태의 용기에도 사용될 수 있으며 무독성이며, 식물이나 동물, 미생물에 어떠한 영향도 끼치지 않는 환경친화적 물질이다.- 특징 :① 우수한 열저장용량 ② 일정한 온도에서 열저장/방출③ 체적변화가 없음 ④ 취급이 용이⑤ 환경친화적 제품 ⑥ 무독성⑦ 100% 재활용이 가능 ⑧ 오랜 수명⑨ 안정적인 상변화 사이클 ⑩ 다양한 용융점5. 컴파운드 제품의 상변화물질 Compounded Phase Change Materials- 상변화물질의 함량이 높고 열에너지저장용량이 높아 잠열저장시스템에 이용된다.- 첨가된 특수 물질이 상변화물질과 그물망구조를 이루어 용융된 상태에서 흘러내리지 않 으며 물리적 손상 시에도 유출되지 않는 물질이다.- 장점 : 다양한 형태와 모양으로 성형이 가능하다.- 이용 : 태양열 저장시스템이나 섬유산업, 소비자용품 (식품운송, 의료용품, 생활용품 등) 등 한정된 공간에서 많은 양의 열에너지를 저장할 때에 다양하게 적용할 수 있다.- 특징 :① 우수한 열저장용량 ② 일정한 온도에서 열저장/방출 ③ 체적변화가 적음④ 취급이 용이 ⑤ 환경친화적 제품 ⑥ 무독성⑦ 100% 재활용이 가능 ⑧ 오랜 수명 ⑨ 안정적인 상변화 사이클⑩ 다양한 용융점 ⑪ 우수한 유연성6. 블렌드 제품의 상변화 물질 Blended Phase Change Materials- 인화성이 낮은 새로운 물질로 수화염화합물과 유기화합물로 조성되어 있어서 수화염화 합물 PCM의 장점과 파라핀의 장점을 동시에 결합시켜 우수한 열에너지저장소재로 적용 되고 있다.- 선택적으로 지지 혹은 흡수구조로 가공된다.- 비중은 1.0 kg/l 이며 그 이상도 가능하다.- 특징 :① 우수한 열저장용량 ② 일정한 온도에서 열저장/방출 ③ 과냉각현상이 낮음④ 무독성 ⑤ 인화성이 낮음 ⑥ 안정적인 상변화 사이클⑦ 다양한 용융점 (21℃...31℃)7. 화이버보드 제품의 상변화 물질 Fiber Boards
1. 실제기체의 이상기체의 거동화그림1) 물의 온도 - 비체적 선도※ 오른쪽 그림1)은 물에 대한 온도-비체적 선도에서 포화증기와 과열증기를 이상기체로 가정했을 때의 오차를 나타내었다. 기대한 바와 같이, 매우 낮은 압력이나 높은 오도에서는 오차가 적지만, 밀도가 증가할수록 오차가 커진다. 즉, 상태가 포화영역에서 멀어질수록 (T가 높고, P가 낮을수록 ) 기체의 거동이 이상기체의 거동화를 나타낸다.※ 실제기체의 이상기체 거동화를 나타내기 위해서 압축성인자를 도입한다.- 압축성인자 ZZ = Pv / RT- 이상기체에 대해서는 Z=1이다.- Z가 1에서 벗어나는 정도로부터 실제 기체가 이상기체 상태에서 벗어나는 정도를 판단가능하다.그림2) 질소에 대한 압축성 인자※ 오른쪽 그림2)는 질소에 대한 압축성 인자에 대한 P-Z선도이다.- 그래프에서 알 수 있듯이 Z는 온도와 관계없이 P→0이면 Z→1이다. 즉, 압력이 0에 접근하면, P-V-T의 거동은 이상기체 상태 방정식의 거동에 근접하게 된다.- 낮은 온도 또는 매우 높은 압력에서 Z의 값은 이상기체의 값과 상당히 차이가 커진다.- 중간 밀도에서는 분자를 서로 당기는 인력으로 인해 Z1인 값을 갖는다.※ 환산 온도와 환산 압력- 임계 온도와 임계 압력이 물질에 따라 다르며 그 범위가 넓기 때문에, 정량적으로 위의 그림2)와는 선도가 모두 다르다.- 물질들의 공통점을 찾아내기 위해서 상태량을 임계점의 상태량 값을 기준으로 환산한 환산 산태량을 정의했다.환산 압력 Pr = P / Pc ( Pc는 임계압력)환산 온도 Tr = T / Tc ( Tc는 임계온도)- 특정한 실제기체에 대한 압축성 Z = Z( Pr ,Tr )그림3) 실제기체의 Z※ 대응 상태의 원리 : 그림3)에서 알 수 있듯이 모든 기체에 대한 압축성 인자 Z는 환산온도와 환산 압력이 같을 경우 거의 같은 값을 갖는다.- 모든 기체는 아주 낮은 압력( Pr≪1)에서 온도와 무관하게 이상기체의 거동을 보인다.- 고온 (Tr>2)에서는 아주 고압인 경우 (Pr≫1)를 제외하고는 압력에 무관하게 이상기체의 거동을 보인다.- 임계점에서 실제기체는 이상기체로부터 가장 벗어나게 된다.그림4) Z선도의 저압영역※ Boyle의 온도- 낮은 밀도에서 기체의 거동을 이해하기 위해 일반 압축성 인자 선도의 저압부분을 그림4)에 나타내었다.- 저압에서 등온선들은 직선을 나타낸다.- 등온선들의 기울기는 Tr에 따라 증가하며, 이 약5일 때 최대값, 더 높은 온도에서는 다시 Z=1 선을 따라 감소한다.- 임계온도의 약 2.5배가 되는 온도에서 P→0으로 다가갈 때, ( ∂Z / ∂P )T 는 0이 된다. 이 때의 온도를 Boyle의 온도로 정의한다.- Boyle의 온도는 기체가 낮은, 그러나 유한한 압력에서 정확하게 이상기체의 거동을 하는 유일한 온도이다. 왜냐하면 그림4)에서 보여지는 바와 같이 다른 등온선들은 P→0으로 접근할 때 기울기가 0이 아니기 때문이다.2. 기체의 압력계산시, 이상기체식과 일반화 상관관계를 이용한 압력계산을 비교 검토하시오.1) 이상기체식을 이용한 압력계산※ Boyle의 법칙 - 일정한 온도에서 기체의 부피(V)는 압력(P)에 반비례한다.P × V = k(상수)※ Charles의 법칙 - 일정한 압력에서 일정량의 기체의 부피(V)는 절대온도(T)에 정비례한다.V / T = k(상수)※ Boyle - Charles의 법칙 - 기체 일정량의 부피는 압력(P)에 반비례하고 절대온도(T)에 비례한다.P × T / V = k(상수)P×T/V = P'×T'/V' = k (단, 기체의 몰수n은 일정)※ 기체상수 R- 아보가드로의 수(N) : 0 ℃, 1atm 22.4ℓ에서 탄소의 동위원소 중에서 12C의 질량 0.012Kg에 포함된 탄소원자의 수는 6.02×1023개이다. 이 수를 아보가드로의 수라 한다.- 0 ℃, 1atm 22.4ℓ에서 이상기체 1mol에 대하여 R을 구해보면,R = 0.082 ( atm * l ) / (K * gmol )= 10.73 ( PSI * ft3 ) / ( R° * lbmol )= 62.359 ( mmHg * l ) / ( K * gmol )= 8.314 ( N/m2 * m3 ) / ( K * kgmol )= 1.987 BTU / ( lbmol * R° )= 1.987 Kcal / ( kgmol * K )※ 이상기체 상태방정식- Boyle - Charles의 법칙에서 상수 k 대신 열역학에서 사용되는 기체상수 R을 도입하면 이상기체 상태방정식이 된다.P × V = n × R × T∴ 이상기체 상태 방정식을 이용한 압력계산은 아래 식을 이용한다.P = ( n×R×T)/ V2) 일반화 상관관계를 이용한 압력계산① 비리얼 방정식을 이용한 압력계산※ PV = ZnRT ⇔ P = ( ZnRT ) / V 를 이용하여 압력계산※ 압축인자 Z : 이상기체와 실제기체의 편차를 나타내는 값Z = 1 + B'P + C'P2 + … = 1 + B/V + C/V2 + …- 비리얼 계수 : B, B', C , C' …- B, B' 는 제2 비리얼계수이며 2개의 분자 사이의 상호작용을 나타낸다.- C , C'는 제3 비리얼 계수이며 3개의 분자 사이의 상호작용을 나타낸다.- ∴ B, B' ≫ C , C'- 비리얼 계수는 모두 온도만의 함수이다.② Van der Waals 방정식을 이용한 압력계산- P = RT/(Vm-b) - a/Vm2 식을 이용한 압력계산- a/Vm2 : 분자간 인력에 대한 수정- b : 분자가 차지하고 있는 공간에 대한 수정- 어떤 유체의 a,b 값이 주어진다면 P는 T에 대하여 V의 함수로 구할 수 있다. 이 상수들을 구하기 위해서는 임계 등온선이 임계 변곡선을 지닌다는 것과 그 점에서 기울기가 0 이라는 것을 이용한다.그림) 순수물질에 대한 P-V 선도: 임계점 근처의 등온선(∂P / ∂Vm)T = - RT/(Vm-b)2 + 2a/Vm3 =0(∂2P / ∂Vm2)T = 2RT/(Vm-b)3 - 6a/Vm4 =0임계점에서 두 도함수를 모두 0 으로 놓고 계산을 하면 ,Vc = 3ba = (27/64)(R2Tc2/Pc)b = RTc /8PcZc = 3/8③ Redich - Kwong 식을 이용한 압력계산- P = RT/(Vm-b) - a/ Vm(Vm-b)T1/2을 이용한 압력계산- 여기서 상수 a = 0.47248 R2Tc2/5/Pc , b= 0.08664 RTc /Pc- Redich - Kwong 식의 또 다른 형태식Z = 1/(1-h) - 4.9340/Tc1.5{h/(1+h)}h = 0.08664Pr / ZTr- 제2 매개변수를 가진 대응상태의 원리 : 모든 기체에 대한 압축성 인자 Z는 환산온도와 환산 압력이 같을 경우 거의 같은 값을 갖고, 모든 기체는 같은 정도로 이상기체의 거동으로부터 벗어난다.④ 일반화 상관관계식을 이용한 압력계산1) 일반화 압축인자를 이용한 상관관계식에서 압력계산※ 아센트릭 인자 ω = -1.0-log(Prsat)Tr=0.7- 2개의 매개변수를 가진 대응상태의 정리 이용 시 단순한 유체인 Ar, Kr, Xe을 제외한 모 든 기체에 대해선 오차가 나타난다. 그러므로 분자 구조의 특징을 나타내는 매개변수 ω 가 필요하다.그림6) log Prsat 대 1/Tr 의 선도- 순수한 유체의 증기압의 대수값은 절대온도의 역수와 거의 선형관계를 갖는다.d log Prsat / d (1/Tr) = a Prsat = 환산 증기압- K. S. Pitzer 의 관찰
옴의 법칙교수님조교님부이름조1.실험목표- 주어진 저항의 양단의 전위차의 변화에 따른 전류의 변화, 전압이 일정할 때 저항의 변화에 따른 전류의 변화, 전류가 일정할 때 저항의 변화에 따른 전압의 변화를 실험을 통해 알아본다.2.실험 원리어느 저항채의 양단에 걸리는 전압 V와 이에 따라 흐르는 전류 I사이에는 아래와 같은 식이 성립한다.V=IR즉, 전류 I는 가해준 전압 V에 비례한다.이것을 옴의 법칙이라고 한다. 회로에서 필요로 하는 전류는 전압을 변화 시키거나 저항을 변화 시킨다. 회로 구성에 있어서 여러개의 저항으로 구성된 경우에서 저항체들은 그 연결방법에 따라 두 가지로 구분된다. 직렬연결법과 병렬연결법이 있는데 합성저항의 양상이 매우 다르다.그림의 직렬연결에서의 합성저항 RS는RS=R1+R2+R3+…그림의 병렬연결에서의 합성저항 RP는1/RP=1/R1+1/R2+1/R3+…여기에서 전류는 단위시간 동안 어떤 도선의 단면을 수직으로 통과하는 전하량으로서 단위는 암페어(Ampere)이며, A로 표시한다. 전압은 단위 전하가 갖는 전기적인 에너지로 단위는 볼트(Volt)이며 V로 표시한다.저항의 단위는 옴의 법칙으로부터 얻을 수 있는데 R=V/I이므로 단위는 V/A이고 이것을 Ω(ohm)으로 표시한다.3. 실험기구 및 장치1)Multimeter2)전압계3)전류계4)전원 공급장치 혹은 배터리5)저항6)Ohm의 법칙 실험기4. 실험방법실험1. 저항 R이 일정할 때 전압과 전류와의 관계(1)그림 2.3.3과 같이 회로를 장치한다. 이 때 K,K의 스위치는 열려(off)있어야 하고, 붉 은색의 단자는 +, 검은색의 단자는 -로 결한다.a.실험은 전류계와 전압계 혹은 Multimeter를 사용한다.b.전류계, Multimeter의 range를 mA(전류계)로 맞춘다.c.회로연결에 있어서 항상 전류계는 직렬로 연결하고 전압계는 병렬로 연결한다.(2)전력 공급 장치 왼쪽의 가변 전압계는 전압을 10V가 되도록 맞추고 전류장치는 최대로 돌려놓는다.(3)회로를 제대로 구성했으면 K,K의 스위치를 연결(on)한다.(4)회로의 저항은 20Ω으로 연결하고 전압계의 눈금은 5V를 가리키도록 한다.(5)실험 과정(3)에서 가변저항기를 좌우로 움직여 전압계가 1V단위로 내려가도록 하여 그 때마다의 전압과 전류를 읽는다.(6)실험 과정(3),(4)에서 저항을 각각 40Ω, 60Ω, 80Ω, 100Ω으로 바꾸어 실험을 반복 한다.(7)이상의 5가지 경우에 대한 Data로 저항이 일정할 때의 전압과 전류의 관계를 표로 작 성하고 그래프로 그린다.실험2. 전류 I가 일정할 때 전압과의 관계(1)그림 2.3.4와 같이 회로를 장치한다(Multimeter를 이용하여 연결한다).(2)가변저항기를 한쪽 끝으로 이동시킨 후 스위치를 연결(on)시킨다.Multimeter에 연결 된 전류 I를 3mA로 가변 저항기를 이용해서 맞춘다.(3)회로의 전류를 3mA보다 조금 크게 맞추고 저항을 각각 10,20, ··· 90,100Ω으로 바꾸어 가며 전압을 측정한다. 저항을 바꿀 때마다 전류를 다시 조정해야 한다(Multimeter의 눈금은 소수점 둘째 자리가 5이상이 되지 않도록 해서 값을 읽는다).(4)위의 과정 (2)에서 전류를 5mA, 7mA로 하여 같은 요령으로 반복 실험한다.실험3. 전압 V가 일정할 때 전류와 저항의 관계(1)그림 2.3.5와 같이 회로를 장치한다.(3~300V까지 잴 수 있는 전압계를 연결해서 값을 측정한다.)(2) 스위치를 K,K를 연결(on)하고 가변저항기를 시계방향으로 돌려 전압계눈금이 0.5V에 오도록 한다. 이때의 저항은 10Ω에 연결되어 있어야 하고, 이때의 전류를 읽는다. 또 저항을 바꾸어 각각 20, 30, ··· 90, 100Ω에서도 같은 방법으로 전류를 읽는다. 저항을 바꿀 때 전압이 조금씩 바뀌므로 다시 전압을 보정하여야 한다.(3)위의 과정 (2)와 같은 요령으로 전압을 각각 1V,1.5V,2V,2.5V로 일정하게 하여 그 때의 각각의 전류를 측정하여 표를 채우고 그래프를 그린다.(4)실험이 끝나면 스위치는 반드시 차단(off)시켜야 한다.♣ 실험 결과실험1. 저항이 일정할 때R=0.992ΩR=1.985ΩR=2.980Ω전압(V)전류(mA)전압(V)전류(mA)전압(V)전류(mA)측정값이론값측정값이론값측정값이론값10.9121.00810.4730.50410.3250.33621.8262.01620.9531.00820.6450.67132.7283.02431.4281.51130.9681.00743.6364.03241.9052.01541.2911.34254.9605.04052.3752.51951.6101.678R=3.976ΩR=4.960Ω전압(V)전류(mA)전압(V)전류(mA)측정값이론값측정값이론값10.2450.25210.1970.20220.4880.50320.3920.40330.7310.75530.5880.60540.9761.00640.7840.80651.2171.25850.9791.008실험2. 전류가 일정할 때 : I = 3mA저항(Ω)전압(V)실험값이론값0.9923.3012.9761.9856.0005.9552.9809.0108.9403.97612.00011.9284.96015.00014.880♣ discussion이번 실험은 우리가 잘 알고 있는 옴의 법칙에 대한 실험이었다. 옴의 법칙이란 전류 I는 가해준 전압 V에 비례한다, 즉 V=IR이라는 법칙이다. 이때 R의 값은 저항을 나타낸다.우리는 두 가지의 실험을 했는데 우선 첫 번째 실험은 저항이 일정할 때 전압의 크기를 1~5V로 올려가면서 그때 각각의 전류의 값을 구하는 것이었다. 저항이 1,2,3,4,5Ω이라고 적혀있는 실험기구였지만 오차는 없는지 실험을 해보니 각각 R =0.992Ω,R=1.985Ω, 2.980Ω, 3.976Ω, 4.960Ω이였다. 전압을 1~5V로 올려가면서 그때의 전류의 값을 측정해보았더니 약간의 오차가 있긴 하지만 전압이 커질수록 거의 비례해서 전류의 값도 커지는 것을 확인할 수 있었다. 우리가 알고 있는 V=IR의 식으로 전류의 이론값을 소수점 셋째자리까지 반올림을 해서 구하여 측정값과 비교해보니 측정값이 이론값보다 좀 더 작게 나왔다. 그 이유가 뭘까 인터넷을 찾아보며 고민해보니 “내부저항”이라는 말을 알게 되었다. 즉, 우리가 처음에 저항을 일정한 값으로 정해놓았으나 사실 그 저항값만이 다가 아니였던 것이다. 우리가 계산에 넣지 않은 어떠한 내부저항이 존재했던 것인데, 전류계나 발전기, 회로 전선 등에도 미세하게 내부저항이 존재했기 때문에 이것이 직렬 연결되서 원래보다 큰 값의 저항이 존재했던 것이다. 이것이 측정한 전류의 값이 이론의 값보다 좀 더 작은 값이 나오는 오차가 발생한 이유였다.
오실로스코프교수님조교님부이름조1. 오슬로스코프의 소개- 고휘도 CRT를 사용한 2현상 20MHz 오실로스코프- 5mV/DIV의 고감도와 20Hz 이상까지의 완만한 주파수 감음특성을 가진 수직증폭기 내장- 트리거링 스위치 최고속도는 0.2μsec/DIV2. 특징1) 광대역폭,, 고감도2) 매우낮은 전력소모3) 고감도의 X-Y모드4) Z축 - 회도변조5) TV VID대 SYNC 필터6) 트리서 회로내의 고주파제거 필터7) 전면 패널의 휘선각도 조절기8) 정전압 전원공급회로의 정밀도9) 부품시험기3. 작동법1) 초보AC작동① 장비의 초기 상태 - POWER 스위치를 OFF에 놓고, 3개의 POSITION과 INTENSITY 조절자를 돌려 중간지점에 둠. TRIGGER의 NORM스위치를 눌러 오토상태에 두고 그 외의 조절자는 아무위치에 두어도 상관없음.② 전원 테이블을 장비 후면에 있는 AC리셉타클에 연결하고 플러그를 AC전원에 꽂음.③ POWER 스위치를 ON하고 약 20초동안 기다리면 CRT화면에 수평 휘선이 나타남.- 수평휘선이 나타나지 않으면 INTENSITY 조절자를 시계방향으로 돌려 밝기 조절* CRT - 음극선관④ FOCUS와 INTENSITY 조절자를 조정하여 수평위선을 선명하게 조절⑤ 수직 및 수평 POSITION조절자를 돌려 휘선이 적당한 부분에 위치하도록 맞춤.⑥ 프로브 10:1를 CH-A의 INPUT단자에 연결하고 프로브의 끝을 CAL 0.5p-p출력단자에 검.⑦ CH-A의 수직 감쇄기 VOLTS/DIV스위피를 10mV/DIV에 놓고 동축상의 VARIABLE을 멈추게 걸릴때까지 시계방향으로 돌리고 TRIGGER SOURCE를 CH-B로 놓으면 화면상의 5눈금크기의 구형파가 나타남- 구형파가 찌그러졌다면 프로브에 부착된 TRIGGER을 조절하여 완전한 구형파 만듬⑧ CAL 0.5Vp-p 출력단자로부터 프로브 끝을 떼어냄2) 각부명칭1. POWER : 전원 스위치를 누르면 ON이 되고 다시 한번 누르면 OFF가 된다.3. INTENSITY : 밝기(휘도 )를 조절한다.4. FOCUS : 영상의 초점을 마추는데 쓰이며 휘도 조절기와 함께 가장 선명하고 보기 좋은 상태로 조작하도록 한다.5. TRACE ROTATION : 화면이 기우뚱하게 되었을 때, 드라이버등으로 좌우의 균형을 맞추는데 쓰인다.6. SCALE ILLUM :눈금의밝기를 조절하며 ,어두운곳에서 관측할때나 화면의 사진촬영을 할 때 사용 합니다< 수직증폭부 >9. CH 1,X IN 콘넥터 : 입력신호를 CH1 증폭부로 연결하거나 X-Y 동작시 X축 신호가 된다.10. CH 2, Y IN 콘넥터 : 입력신호를 CH2 증폭부로 연결하거나 X-Y 동작시 Y축 신호가 된다.11,12. AC/GND/DC 절환스위치 : 입력신호와 수직증폭단의 연결방법은 선택할 때 사용한다.- GND 상태 : 해당 채널의 파형에 대한 기준위치(ground)를 나타낸다. 스위치를 이 상태에 놓으면수평선이 나타나고 그 위치가 기준 위치, 즉 0[V]의 상태이다.- DC 상태 : 일반적인 측정에서는 항상 이 상태로 놓고 측정한다. AC-DC를 모두 볼 때 사용한다.입력전압의 크기가 GND 상태의 기준위치에 대한 높이로서 나타난다.- AC 상태 : 파형중에서 DC성분을 제외한 나머지 AC성분만을 따로 보고자 할 때 사용한다. 기준위치를 중심으로 교류성분만이 나타난다.13,14. VOLTS/DIV : 화면상의 높이를 나타내는 격자눈금(division)간의 간격을 조절한다. 예컨데 2V/DIV으로 나타나는 파형의 크기는 증가하고 높은 값으로 맞출수록 파형의 크기가 감소한다15,16. VARIABLE : 파형의 크기를 연속적으로 증감시킨다. VOLTS/DIV보다 민감하게 조절할 수 있으며,이를 돌려 놓으면 VOLTS/DIV의 눈금간격이 맞지 않게 되므로 크기를 정확히 측정할 때에는 시계방향으로 끝까지 돌려 잠근 상태로 측정한다.(CAL위치로의 전환하는 것이 된다.)17.18. POSITION : 화면에 나타난 파형을 전체적으로 위아래로 이동시킨다. 측정을 행하기 전에AC/GND/DC 절환스위치를 GND 로 놓은 상태에서 기준위치를 상하로 이동, 원하는 위치(예컨데 화면의 가운데)로 설정한 다음 측정을 행하도록 한다.19. V.MODE :수직축의 표시형태를 선택하는데 이용된다.- CH1 : CH1에 입력된 신호만 CRT상에 나타난다- CH2 : CH2에 입력된 신호만 CRT상에 나타난다.- DUAL : CH 1,CH 2 의 파형을 동시에 나타낸다.- ADD : CH 1과 CH2의 신호가 더해져서 나타난다.< 소인과 동기부 >21. HORIZONTAL DISPLAY: A와B를 동시에 누루면 됩니다- B TRIG’D: 지연소인이 첫번째 동기펄스에 의해 동기 됩니다- X-Y:X-Y 동작이 선택됩다22. A TIME/DIV, 23 B TIME/DIV : (sweep speed selection) : 화면상의 시간축(좌우) 눈금크기의 변경에 사용된다. 짧은주기를 갖는 신호나 긴 주기의 신호를 조절하여 스코프의 화면에 나타나도록 한다.24.DELAY TIME POSITION :A소인에서 B소인을 선택했을 때 정확한 시작점을 맞추는데 사용한다.25. VARIALBE : 교정된 위치로부터 소인시간을 연속적으로 변화시키는데 사용한다.PULL X10 MAG스위치 : 이 스위치에 위치하면 소인시간이 10배로 확대되며 이 때의 소인시간은 TIME/DIV지시치의 1/10배가 된다.26. HORIZONTAL POSITION : 광점의 위치를 수평방향으로 이동시키는 조절기이다.(파형의 측정과는 독립적으로 사용된다.)27. TRIGGER MODE : 소인동기 형태를 선택한다- AUTO : 일반적인 사용에서는 이 위치가 편리하다.28. TRIGGER SOURCE : 트리거를 어디에 기준할 것인가를 선택한다. CH1 에 입력된 신호가 동기 신호원이 된다. CH2에 입력된 신호가 동기 신호원이 된다.LINE : 교류전원에 동기시키고자 할 때 사용한다.EXT(external) : 외부에서 SOURCE를 통해 별도의 동기 신호를 줄 때 사용한다.29. HOLD OFF :주 소인의 HOLD OFF 시간을 변경 시킴로서 복잡한 신호를 확실하게 동기시킵니다 소인시간을 늘려서 고주파신호나 불규칙한신호 또는 디지틸신호등의 복잡한 신호를 동기시키는데유효 합니다.30.TRIG LEVEL: 동기신호의 시작점을 선택합니다32.READ OUT: SELECT: 이 스위치는 CURSOR 선택 모드 기능으로 D 커서,REF커서와 TRACKING 커서를 변환 시킵니다DV.DT,I/DT: 이 스위치는 DV.DT,I/DT의 모드를 전환시킵니다.ON/OFF: DV와 SELECT를 동시에 누르면 READ OUT기능이 ON 또는 OFF 이므로 TOGGLE 됩니다.36. PROBE ADJUST : PROBE 보정과 수직증폭기 교정을 위한 구형파(0.5V, 1kHz)를 출력한다. 눈금을 확인하는데 쓰인다.3) 트리거링- 트리거형 오실로스코프는 다음의 각 회로를 내장하여 화면상의 안정한 파형나타냄- 수직입력신호 또는 정수관련신호는 동기 펄스 신호로 사용되어 트리거링 신호가 됨- 노브 4개 - LEVEL, SLOPE, SYNC, SOURCE① LEVEL- 입력단자에 신호가 가해질 때는 이 노브를 돌려 트리거링을 안정시킴② SLOPE- SLOPE 스위치의 +,-는 트리거링 신호원의 경사를 정과 부로 선택해줌- TV SYNC때는 트리거링 포인트가 동기펄스의 입상시간이나 하강시간을 정해짐③ SYNC- 동기회로 접속방식 선택시 사용- AC위치에서 AC접속이 되어 동기를 안정시키기 위해 DC성분 제거- HF-REJ는 저대역통과 필터로 RF잡음을 제거하여 동기가 간섭받지 않도록 함④ SOURCE- 내부트리거 : 내부SYNC 회로에 수직입력 신호가 가해질때- 외부트리거 : 같은 신호 또는 저수관련신호가 EXT TRIC 입력단지를 통해 SYNC회로에 가해질때- 본기는 SOURCE 스위치의 INT. CH-4와 CH-8가 내부트리거임- 내부트리거 신호는 신호증폭기에서 증폭되어 트리거링이 용이하게 이루어짐4) X-Y동작- 특수경우를 고려하여 본 기는 X-Y동작이 용이하게 이루어지도록 특별 설계됨- SWEEP TIME/DIV 스위치를 X-Y로 돌리면 모든 CH-B 기능이 수평증폭기로 작동되며CH-A는 수직증폭기로 남아있음5) 정량전압의 측정① VARIABLE 조절자를 시계방향으로 돌려 CAL 위치에 놓은 다음. VOLTS/DIV를 돌려 파형이 적당한 크기가 되도록 조절함② DC나 복합신호를 측정할 때는 입력스위치를 GND로 놓고 수직 POSITION을 조절하여 편리하게 기준선을 잡음.- 스위치를 DC에 놓고 휘선이 이동한 높이를 관측함.- 정전압은 휘선이 위로, 부전압은 아래로 이동하게 됨- 전압값을 계산하려면 수직이동량(칸수)을 VOLTS/DIV 스위치가 놓인 자리 숫자와 곱함* 프로브 10:1 사용시 현시파형은 실제 측정전압이 1/10이 됨6) 2현상 파형의 관측MODE 스위피를 DUAL 위치에 두고, 그 다음 절차는 상기한 바와 같은 방법7) TV신호의 동기- TRIGGERING SYNC를 TV에 놓으면 특별히 설비된 회로에 의해서 복합된 TV 프레임신호와 라인신호가 트리거링 됨- TV 프레임과 라인파형은 SWEEP TIME/DIV 조절자를 맞춤으로써 간단히 얻어짐8) ADD 및 SUB의 측정- MODE 스위치를 ADD에 놓으면 CH-A와 CH-B의 파형이 합해져서 나타남- 이 MODE를 ADD에 둔채로 INVERT 노브를 누르면 CH-B의 극성이 바뀌어 상쇄된 파형나타남9) 사용법- 본기는 단현상 모드의 전기능을 보유한 2현상 오실로스코프임
반응기 종류, 반응속도식, 열전달 종류, 무차원수
평가A+최고예요
