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[유체역학]관마찰 실험 보고서(베르누이 방정식의 이해)

1. 실험목적?유체가 관내를 흐를 때 유체 점성에 의한 관마찰로 인하여 에너지 손실이 발생한다. 본 실험에서는 직선원관 내에서의 마찰손실을 측정해 보고 관마찰에 의한 에너지 손실을 정확하게 이해하는데 목적이 있다.2. 이 론(1) 베르누이방정식[그림 1]과 같이 비압축성 유체가 관내를 흐를 때에는 다음과 같은 베르누이방정식이 성립한다.(1)여기서은 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 식 (1)로부터(2)가 얻어진다.Darcy는 길고 곧은 원관 내의 물의 유동에 관한 실험을 통하여 수두손실이 속도수두와 관의 길이 l에 비례하고 관의 직경 d에는 반비례함을 확인하여 다음 식을 제시하였다.(3)여기서 비례상수 f는 마찰계수라 부른다.그러나 그후 많은 사람들의 실험은 마찰계수 f가 일정하지 않고 관의 상태나 유속에 따라 조금씩 변화함을 보여주고 있다. 따라서 식(3)은 하나의 법칙이라기보다는마찰계수 f를 정의하기 위한 정의식이라고 보는 것이 정확할 것이다. 차원 해석법을 사용하면 마찰계수 f가 레이놀즈수 R과 관의 상대조도(e는 관의 조도돌기의 평균높이)의 함수가 됨을 알 수 있다. [그림 2]는 마찰계수 측정에 관한 Nikuradse의 실험결과를 보여주고 있는 stanton diagram이다. 그림에서 알 수 있는 바와 같이 레이놀즈 수가 작아져서 층류유동이 되면 마찰계수는 상대조도와는 무관하게 되어 레이놀즈수만의 함수가 도며 레이놀즈 수가 대단히 커져서 완전한 난류유동이 되면 마찰계수는 레이놀즈수와는 무관하게 되고 상대조도만이 함수가 된다. 따라서, stanon diagram을 보면,1) laminar pipe flow (R,

공학/기술| 2011.06.27| 9페이지| 1,500원| 조회(2,445)

레이놀즈수, 벤츄리미터, 열유체실험, 관마찰계수, Bernoulli

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[재료시험]인장시험결과보고서-항복강도,변형률,단면수축률,인장강도,탄성한계등에대한고찰 평가A좋아요

- 목 차 -Ⅰ. 인장시험의 정의 및 목적11. 인장시험의 정의12. 인장시험의 목적1Ⅱ. 인장시험의 이론21. 인장 시험기의 개념도22. 인장시험의 고정방식23. 금속재료 인장 시험편의 치수(KS규격)34. 인장시험시 여러 가지 명칭들45. Luder band6Ⅲ. 시험장치 및 시험방법81. 시험 장치82. 시험방법8Ⅳ. 실험결과101. SM20C102. SM45C123. SM20C와 SM45C 비교134. 인장강도 시험후 결과값 정리 13Ⅴ. 분석 및 고찰 151. 분석152. 고찰16Ⅶ. 참고자료 164. 인장강도 시험후 결과값 정리 161. 인장시험의 정의재료시험에는 정적시험, 충격시험, 크립프 시험, 피로시험, 공업적 시험 등 여러 가지 시험이 있다. 그 중에서 정적시험에 속하는 인장시험(Tensile test)은 재료의 강도를 측정하는 가장 기본적인 시험으로 재료의 인장력에 대한 탄성적 성질, 소성변형 저항 및 파단강도를 측정하는 것을 주로 목적으로 하는 시험을 말한다. 간단한 조작으로 정확한 결과가 얻어질 뿐만 아니라, 인장 하중을 걸었을 때 재료에 생기는 변형저항의 상태를 조사해 봄으로써 그 밖의 하중을 걸었을 때의 저항변형도 추측할 수 있기 때문에 널리 사용되고 있다. 철강과 같은 연성재료에 대해서는 인장강도, 항복점, 신율, 단면수축률을 측정하고 주철과 같이 취성재료에 대해서는 인장강도를 주로 측정한다.2. 인장시험의 목적재료의 인장에서 인장강도, 항복강도, 변형률, 단면수축률, 탄성한계, 비례한계, 포아송비, 탄성계수 등을 측정하는 것을 주목적으로 하는 시험을 인장시험(tensile test)이라고 한다. 대부분의 구조물은 사용 중에 힘(하중)을 받게 된다. 그러므로 우선적으로 구조물재료의 특성을 이해하여 과도한 변형이나 파괴가 일어나지 않도록 설계에 주의를 기울여야 한다. 재료의 기계적 거동이란 외부하중에 대한 재료의 반응정도를 나타낸다. 특히, 외부의 힘과 이에 따른 재료의 변형사이의 관계를 나타낸다. 이 기계적 변형에 관련되는 성질을 타낸 것이다.그림 1-1의 (a)는 스프링의 휨, 또는 load cell로 하중을 측정한다. 그림 1-1의 (b)는 빔이 수평을 유지하도록 중추(G)를 가감하는 방식, 그림 1-1의 (c)는 이동 중추식, 그림 1-1의 (d)는 진자의 상승각으로부터 하중을 구하는 진자식, 그림 1-1 의 (e)는 유압으로 인장하고 그 유압을 manometer로 읽는 방식이다.또, 이들을 적당히 조합시킨 시험기도 있다.P는 인장을 나타낸다.모터로서 인장할 경우, 부하가 증가해도 회전속도는 그렇게 변화하지 않는 서보모터(servo-motor)를 사용하는 경우가 많다. 일반적으로 소형 시험기에 이와 같은 모터가 사용된다. 유압식은 대용량 시험기에 적합하지만, 기계적으로 인장하는 경우에 비해서 일정스트레인(strain)속도로 인장하거나, 또는 시험도중에 신속히 변형 속도를 변화시킬 필요가 있을 경우에는 약간 어려움이 있다. 최근에는 각 형식에 따라 반자동식인 것이 많이 판매되고 있다.2. 인장시험의 고정방식그림 1-2는 시험편의 고정방식의 예를 나타낸 것이다.그림 1-2의 (a)는 쐐기(wedge)를 사용하는 것으로서, 처음에는 어느 정도 물려주면 시험편에 인장력이 가해질수록 더욱 강하게 고정되게 된다. 이 형식은 중용량 시험기에 종종 사용된다.이 형식의 결점은 소입된 공구강과 같이 쐐기와 같은 정도의 경도를 가지는 시험편에는 부적당하다는 점과 특히 적은 스트레인 범위 내에서는 크로스헤드의 이동과 시험편 평행부의 연신과의 차이가 크다는 점 등을 들 수 있다.따라서 정확한 변형률을 구하기 위해서는 시험편의 평행부에 차동변압기형 신율계를 부착하여 표점간의 상대적 변위를 직접 측정하지 않으면 안된다.그림 1-2의 (b)는 크로스헤드의 이동과 평행부 연신이 대체로 일치하게 되는 장점은 있지만그림 1-2 시험편의 부착평행부 지름에 비해서 약 2배 이산의 큰 소재가 필요하다. 그림 1-2의 (c)는 나사형으로, 소형시험편에 잘 사용되고 있다. 평행부 지름을 나사부 지름의 1/3으로 한다. 파단로 L에 따라 변화하고 L이 클수록 연신율은 적게 된다. 그러나 L/을 일정하게 하면, 상사시험편으로 대체 일정의 파단신율을 나타낸다. 이것은 Barba의 법칙이라 한다.상사법칙을 이용할 경우 주의해야 될 것은 상사법칙을 무한히 확대해석해서는 안 된다는 점이다. 왜냐하면 상사법칙의 개념에는 조직민감성의 고려가 전혀 되어 있지 않기 때문이다.4. 인장시험시 여러 가지 명칭들실재의 재료는 원자배열이 흐트러져 있거나, 결함을 가지고 있기 때문에 완전한 탄성체는 아니지만, 작은 응력에서는 대체적으로 탄성적 거동을 나타내고, 큰 응력을 받으면 소성변형을 일으켜서 결국에는 파단한다. 그림 1-4는 연강의 인장력에 대한 공칭응력-공칭변형률 선도를 나타낸 것이다. 여기서 공칭응력이란 (하중)/(원단면적)이고, 공칭변형률이란 표점거리(gauge length) L0가 L로 되었을 때, (L - L0)/L0이다. 그림 중에서 각 점은 다음과 같은 의미가 있다.-E : 탄성한도(elastic limit) - 제하하면 변형률이 0으로 되돌아가는 응력의 상한값이다.0인지 아닌지는 측정 정도에 의존하므로, 보통 잔존하는 변형률(이것을 영구변형률 : pamanent set라고 한다)이 0.03% 또는 0.005%일 때의 응력으로 한다. 단 KS에는 규정되어 있지 않다.-p : 비례한도(proportional limit) - Hooke의 법칙이 성립하는 응력의 상한값으로서, 이것도 역시 측정의 정밀도에 의존한다.E와p는 대체로 같다. KS의 규정을 없다.-uy : 상향복점(upper yield point) - 항복 개시 전의 최대응력-ly : 하항복점(lower yield point) - 항복이 진행중일 때 거의 일정 하중을 원단면적으로 나눈 값 을 말한다. (uy -ly)를 항복점 강하(yield drop)라고 하고, 항복의 변형을 항복점 변형(y : yield elongation)이라 한다.uy에 이르기 이전에도 작은 소성변형이 일어나고, 이 미 소소성 변형을 micro-yielding. 이 변형영역을 Luder band라고 하고 그 경계를 Luder front라고 한다.소성변형은 이 부분에서 일어나지만, 전선의 전 길이가 길수록 전파하는데 약간 낮은 응력상태로 된다.이 때문에 전파응력, 즉ly는 대체로 일정하지만(이것을 landing이라고 한다) 다소 요철이 생긴다. 시료전면을 Luder band가 덮게 되면 하중은 재차 증가한다. 소성변형이 수반한 재료의 경화현상을 가공경화(work hardening)라고 한다. Luder band를 관찰하는 데는 다음과 같은 방법이 있다. (i) 스트레인 도료를 칠한다. (ii) 표면을 전해연마(예를 들면 인산 50cc에 젤라틴을 2gr 첨가해서 1일 방치한 후, 수산 2gr을 첨가한 액에서 30~200mA/dm2으로 전해)해서 평활하게 한다. (iii) 항복개시 후, 시험편을 약 250℃ 부근에서 1시간 정도 시효하고 나서 씨액(fry 씨액 : FeCl2 5gr, HCl 40cc, H2O 30cc, 알코올 25cc)에서 부식한다.그림 1-6은 모서리부분의 형상과 상항복점과의 관계를 나타낸 것이다. 응력집중이 현저할수록 항복점 강하는 작게 된다. 또 그림 1-7은 Luder전선의 수와 하항복점과의 관계를 나타낸 것이다.항복점은 조직, 온도, 변형 속도에 따라서 뚜렷한 변화를 나타낸다.그림 1-8은 철의 결정입경 d와 하항복응력ly와의 관계를 나타낸 것이다 여기서 보는 바와 같이 항복점과 결정입경과의 사이에는 일반적으로 다음과 같은 관계가 있다.ly =0 +d여기는는 상수이다. 위의 식을 Hall-Petch 관계식이라고 한다.뚜렷한 항복점 강하나 항복점 여신율, 또는 Luder band는 철 이외에도 바나듐(V)과 같은 체심입방결정에서도 볼 수 있지만, 이것은 금속의 특성으로 반드시 일반적인 것이 아니다. 일반적으로는 그림 1-9에 나타난 바와 같은 곡선을 그린다. 이 경우 항복점을 구하기 위해서는 편의적으로 그림 1-10에 나타낸 바와 같이 적당한 변형을 부여한 후 제하하고 재차 부하한다(이때 하중을 결정하는데 경도만 아는 경우에는 Brinell 경도치와 인장강도의 환산표에 의하여 하중의 범위를 결정한다.4) 시험기의 지침서에 따라 load cell과 extensometer를 보정한 후 시험편을 인장기에 물리고 preload가 0이 되도록 조정한다.extensometer를 시험편의 표점거리간에 설치하고 규격화된 연신율은 보통 0.05cm/min로인장한다.5) 시험편 모양에 적합한 기구를 사용하여 축방향의 하중만이가해지도록 한다.6) 파괴가 일어나면 파괴된 두쪽의 시험편을 붙이고 시편의최종 표점거리와 지름을 측정하고 파면을 산화되지 않도록 보호하여 주사 현미경으로 관찰한다.7) 시편의 약 1/2 길이에서 절단되었으면 가장 오차가 작은 믿을만한 Data로 봄으로 같은 종류의 시편을 3번 반복하여 평균치를 내도록 한다.8) 인장 시험결과를 비교, 분석한다.Ⅳ. 실험결과1. SM20C원시편시험후 시편응력-변형 곡선원시편시험후 시편응력-변형 곡선2. SM45C3. SM20C와 SM45C 비교시험편 전체응력 변형곡선SM20CSM45C4. 인장강도 시험후 결과값 정리1) 시험 전 기본 설정값- 직 경 : 7.99mm- 단면적 :- 표점거리 := 24.5mm- 하중 : 5000kgf- 속도 : 20mm/min2) 파단 후① SM20C- 파단시 직 경 : ? ㎜- 파단시 단면적 : ? ㎟- 파단후 표점거리 := 32.5mm② SM45C- 파단시 직 경 : ? ㎜- 파단시 단면적 : ? ㎟- 파단후 표점거리 := 31mm3) 연신률(Elongation)연신율는 시험편 파단 후에 있어서 영구 연신율, 즉 시편이 끊어질 때까지의 변형률, 혼동을 피 하기 위해 파단 연신율이라 한다. 이때, 파단 연신율으로 계산한다.① SM20C :=② SM45C :=(단,:파단후 표점거리 ,:시험전 표점거리)4) 단면 수축률단면수축률는 시험편 파단 후의 최소 단면적과 그 원단면적의 차를 원단면적에 대한 백분율로 나타낸 값으로,① SM20C :② SM45C :시 편표점거리 변화(mm)표점거리 변.

공학/기술| 2009.09.29| 17페이지| 2,500원| 조회(6,752)

항복강도, 연신율, 인장실험보고서, 만능시험기 ., 변형율탄성계수

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[토질역학실험]입도분포측정실험(주물사)결과보고서-체분석법,비중계분석법,표준체분석법

입도 시험에 관해서...입도란 ?분체(粉體) 또는 입체(粒體)의 입자 크기의 정도. 일반적으로 표준 체눈 크기와의 관계로 나타낸다. 미터계의 입도는 입자가 통과할 수 있는 최소표준체의 방형(方形) 그물눈 또는 원형 그물눈의 한 변의 길이 또는 지름을 ㎜단위로 나타낸다. 푸트-파운드계에서는 1inch에 포함되는 그물눈 수로 나타내는데 이것을 메시(mesh)라고 한다.mesh란?mesh 입자(粒子)의 크기를 등급 매기는 호칭. 입자를 체(篩)로 칠 때, 체눈의 크기로 등급을 매기는 방법으로서 영국에서 표준화된 척도이다. 길이 1인치당 체눈(메시)의 수로 나타낸다 체에는 또한 타일러(Tyler) 메시수가 있다. 한국의 계량법에서는 입자의 크기 정도를 입도(粒度)라 하며, 단위를 ㎜로 하고 있다. 이것은 입체(粒體) 또는 분체(粉體)의 정도를, 그 입체 또는 분체가 통과할 수 있는 최소 표준체의 사각형 망목(網目) 또는 원형망목의 1변의 길이, 또는 지름을 ㎜로 나타낸 수치이다..입도측정방법주물사의 종류①자연사(천연사)-자연에서 그대로 얻어진 주물사(산사, 하천사) ②배합사(합성사)-규사에 점결제와 첨가제를 혼합해서 용도에 알맞게 만든 주물사 ③규사-점토분이 0.2%이하를 함유한 모래 알갱이(자연규사, 인조규사) ④올리빈사-내화도가 높고 열팽율도 규사보다 작은 주물사 ⑤지르콘사-내화도와 열팽창률이 가장 우수한 주물사주물사 입도 시험용 체KS A 53302 주물사 입도를 측정하는 시험방법에 규정된 시험을 하기 위하여 필요한 것으로서 14종류의 체와 팬, 카바 사용호칭치수#270#200#140#100#70#50#40#30체눈크기53㎛75㎛106㎛150㎛212㎛300㎛425㎛600㎛호칭치수#20#16#12#8#61/4Pan Cover체눈크기850㎛1.18㎜1.70㎜2.36㎜3.35㎜6.70㎜흙 시료를 입경별 표준 체로 쳐서 남은 무게를 제서 누가 잔유율과 누가 통과율을 계산한 결과로 입도 분포 곡선을 그린다. 입도 분포 곡선에서 유효입경(D10),균등계수( Cu)와 곡률계수(Cc)를 구해서 균등한지 또는 몰려 있는지를 판단한다.체분석(Sieve analysis)법비중계(Hydrometer Analysis)분석법세립토로 만든 흙탕물의 비중을 측정하여 토립자가 침강하는 속도를 Stoke's법칙에 의하여 입경별 함유율을 산출해서 입도분포 곡선을 그린다.표준체 분석법(standard sieving analysis)체는 분체의 입도분리용으로 산업용으로도 많이 쓰이는데, 분체의 입도관리를 목적으로 하기 때문에 입도분석용으로도 특별히 제작되어 가장 많이 쓰인다. 체에 사용되는 철사 사이의 공간을 체구멍(screen aperture)이라고 하며, 흔히 사용되는 mesh라는 용어는 길이 1 in당 체구멍의 수를 뜻한다1) 저울 : 저울은 0.01g까지 칭량할 수 있는 것을 사용한다. 2) mesh : 6, 12, 16, 20, 30, 40, 70, 140, 200을 사용하고 아랫부분에 pan을 받쳐둔다. 3) mesh 진동기 4) 주물사의 재료 : 지르콘, 쇼트볼, 6호사 5) 기타 장비 : 플라스틱 접시, 전자현미경, 양면테이프사용장비실험방법1) 지르콘, 쇼트볼, 주물사 6호를 각각 100g을 측정한다. 2) 6mesh 윗 부분에 지르콘, 쇼프볼, 주물사 6호를 넣고 진동기 전원을 킨다. 3) 5분간 진동기를 작동시킨다. 4) 5분 후에 진동기 작동을 멈춘후에 각 meash별로 무게를 측정한다. 5) 4번을 바탕으로 %(mesh* 100 / 100)를 구한다. 6) pan, 200, 140mesh에 걸러진 입자를 양면테이프로 접착시킨다. 7) 6번으로 만들어진 테이프를 전자현미경을 이용하여 입계의 면적 및 반지름을 측정한다.실험결과※ 입 도 : 체에 얹힌 무게(g) X 100 / 시료무게(g) ※ 입도지수 : (Wn X Sn) / Wn Wn : 각 체에 얹힌 사립자 무게(% 또는 g) Sn : 각 체의 입도계meshmesh위의 모래량 Wn입도입도 계수Wn x Sng(Wn)%6*************04013.130.1313.1330393.97072.750.7272.75503673.514012.270.1212.*************.570.011.57140219.8pan0.820.000.82300246total99.720.985,760.2오 차-0.28-0.021) 쇼트볼2) 지르콘meshmesh위의 모래량 Wn입도입도 계수Wn x Sng(Wn)%6*************0400.050.00050.05301.5700.830.00830.835041.514065.350.6565.351006,53520031.550.3131.551404,417pan2.130.022.13300639total99.910.988811,634오 차-0.08-0.01123) 6호사meshmesh위의 모래량 Wn입도입도 계수Wn x Sng(Wn)%6312562010300.070.00070.07201.4401.550.01551.553046.57048.840.4848.84502,44214048.710.4848.711004,8712000.250.00250.2514035pan0.020.00020.023006total99.420.97897,401.9오 차-0.58-0.02116호사 140mesh주물사 사진 배율 132.8057쇼트볼 140 mesh쇼트볼 200 mesh6호사 200mesh쇼트볼 pan지르콘 140mesh지르콘 200mesh지르콘 pan주물사 종류mesh면적반경6호사1400.05mm20.27mm2000.01mm20.09mm쇼트볼1400.04mm20.26mm2000.01mm20.12mmpan0.08mm지르콘1400.04mm20.25mm2000.01mm20.11mmpan0.01mm20.12mm※ 위의 그래프는 입도 측정한 값과 같다.{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2009.04.20| 20페이지| 2,500원| 조회(1,443)

입도분포곡선, 입도지수, 지르콘, 쇼트볼, 6호사

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[광학,물리실험] 빛의 회절(호이겐스의원리)실험이론-단일슬릿,이중슬릿,회절발,간섭이론 평가A+최고예요

PREREPORT-빛의회절-실험이론?호이겐스의 원리(Huygens' principle)빛의 파동설에서 광파의 진행 상태를 작도하는데 쓴 원리. 시간 경과에 따라 나타나는 파면형태 변화는 일정한 시각의 파면 위의 각점을 새로운 제2파원으로 간주하고, 제2파 파면집합에 접하는 면을 작도하면 기하학적으로 결정할 수 있다는 것을 말한다. 즉 파도가 퍼질 때 파도의 골짜기 또는 산처럼 위상이 같은 점을 이은 면을 파면이라고 하고, 파면이 평면이면 평면파, 구면이면 구면파라 한다. 파면과 파도의 진행방향은 서로 수직이다.파면이 전달되는 방식을 설명할 때는 어떤 시각에서 파면상의 각 점이 파원이 되어 새로운 구면파를 보낸다고 생각하면 된다. 이 새로운 구면파를 2차파라 하고, 다음 파는 이 2차파의 포락면(包絡面)에 따라 주어진다는 것이다. 이 원리는 네덜란드 물리학자 C. 호이겐스가 빛의 파동설에서 광파의 진행상태를 작도하는 데 이용하였다(1690). 그는 이 원리로부터 반사·굴절현상을 설명하였다. 1818년 A.J. 프레넬은 이를 확장하여 2차파의 간섭으로부터 회절현상을 설명하였다. 1882년 G.R. 키르히호프는 파동방정식을 바탕으로 회절이론을 전개하여, 호이겐스의 원리에 대한 이론적 기초를 구축하였다.?영의실험간섭이란 두 개 이상의 파동이 서로 겹쳐서 중첩의 원리에 의해 각 파동의 변위가 합해지는 것이다. 1801년 영국의 과학자 영은 이중 슬릿 S1, S2를 이용하여 스크린에 밝고 어두운 무늬가 연속적으로 나타나는 것을 관측하였다. 이 때 단일 슬릿을 이용하여 이중 슬릿에서 나오는 두 빛이 같은 위상을 갖도록 맞춰 주었다.이중 슬릿에서 나오는 두 빛의 경로차가 반파장의 짝수 배이면 보강 간섭(밝은 무늬)이고, 반파장의 홀수 배이면 상쇄 간섭(어두운 무늬)이다.또한, 밝은 무늬 사이의 간격이나 어두운 무늬 사이의 간격은 다음과 같다.따라서 이중 슬릿 사이의 간격, 간섭무늬 사이의 간격, 이중 슬릿과 스크린 사이의 거리를 측정하면 빛의 파장을 구할 수 있다. 그리고 파장이 길수록, 이중 슬릿과 스크린 사이의 거리가 멀수록, 이중 슬릿 사이의 간격이 좁을수록 간섭무늬 사이의 간격은 넓어진다.?회절입자의 진행경로에 틈이 있는 장애물이 있으면 입자는 그 틈을 지나 직선으로 진행한다. 이와 달리 파동의 경우, 틈을 지나는 직선 경로뿐 아니라 그 주변의 일정 범위까지 돌아 들어간다. 이처럼 파동이 입자로서는 도저히 갈 수 없는 영역에 휘어져 도달하는 현상이 회절이다. 물결파를 좁은 틈으로 통과시켜 보면 회절을 쉽게 관찰할 수 있다.회절의 정도는 틈의 크기와 파장에 영향을 받는다. 틈의 크기에 비해 파장이 길수록 회절이 더 많이 일어난다. 즉, 파장이 일정할 때 틈의 크기가 작을수록 회절이 잘 일어나, 직선의 파면을 가졌던 물결이 좁은 틈을 지나면 반원에 가까운 모양으로 퍼진다.?단일슬릿파동의 위상을 조절하거나 회절현상 등의 관찰을 위해 파동을 통과시키는 좁은 틈새를 슬릿이라고 하며, 슬릿의 중에서 한 개의 틈을 가진 슬릿을 단일 슬릿이라고 한다. 회절현상을 관찰하기 위한 실험이나 영의 실험에서 이중 슬릿에 위상이 같은 빛을 보내기 위해 단일 슬릿이 사용된다.?이중슬릿에서의 회절, 간섭둘 이상의 광파를 동시에 받았을 경우에 빛의 진동이 낱낱의 광파의 진동을 합성하여 서로 세게 하거나 약하게 하는 현상이 간섭현상이다. 위상이 전혀 맞지 않아 빛이 상쇄는 상쇄간섭이 있고, 결이 맞아 빛이 세지는 보강간섭이 있다.이중슬릿을 통과한 두 광선은 회절 하여 두 개의 구면파가 서로 겹쳐서 진행한다. 두 개의 파동이 서로 중첩되어 어떤 공간에 에너지가 균일하게 분포되지 않고, 점에 따라 극소나 극대가 된다. 간섭을 위해서는 두 개 이상의 파동이 같은 속도, 진동수, 파장 및 상대적 위상이 일정하게 유지되어야 한다.경로차가의 홀수배 일 때 보강간섭,의 짝수배 일 때 상쇄간섭따라서보강간섭이 일어나는 점은, (단,=0,1,2,3,‥‥)상쇄간섭이 일어나는 점은, (단,=0,1,2,3,‥‥)이 공식대로라면 정중앙점은 상쇄간섭이 일어나게 된다. 그러나 중앙점은 모든 점에서 경로차가 0이 되는 경우로 보강간섭이 일어나게 된다.

공학/기술| 2009.04.20| 5페이지| 1,000원| 조회(1,856)

광학, 파동설, 영의실험, 기초광학실험

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[재료시험] 금속조직 현미경 관찰실험 결과보고서(연마,마운팅,부식,에칭,폴리싱) 평가A좋아요

Ⅰ. 서론1. 금속 표면 조직관찰의 목적금속학적 원리를 기술 분야에 적용하려면 금속조직을 검사하는 방법을 알아서 제조과정에서 일어나는 조직의 변화와 그 재료의 조직과 성질과의 상호관계를 연구하여야 한다. 금속의 내부조직을 연구하는 데에 가장 많이 쓰이는 것은 현미경이며, 이것으로 금속입자의 크기, 모양, 배열을 볼 수 있고, 또 금속중의 여러 가지 상과 조직을 확인할 수 있다. 또한 금속의 조직에 미치는 열처리, 가공 및 기타 처리의 영향을 알 수 있고, 또 기계적 성질과의 관계도 연구할 수 있다.Ⅱ. 본론1. 실험 이론(1) 시험편1) 시편준비? 광학 현미경으로 미세조직을 관찰하기 위해서는 시편의 표면을 거칠게 긁힌 자국이 없는 완전한 평면으로 만든 후 각 재질, 열처리 상태에 맞는 부식액으로 부식(etching)시켜야 하는데 이 과정을 5개의 공정으로 나누면 절단(sectioning), 마운팅(mounting), 연마 (grinding), 연삭(polishing), 부식(etching)등이다. 이 공정 중 어느 한 과정에서도 잘못 처리하면 실제 조직이 아닌 엉뚱한 조직으로 변하거나 관찰하기에 불량한 상태가 된다.2) 절단(sectioning)? 절단할 때 피절단물의 재질, 절단장치, 절단속도, 냉각제의 종류 등에 따라 시편이 손상을 받을 수 있다. 절단은 파괴, shearing, 기계톱(hacksaws, band saw, wire saw), abrasive cutter, 반전절단기 등으로 할 수 있는데 이 중에서 abrasive cutting방법이 시편에 손상을 적게 주고 사용범위(재질, 경도)가 넓기 때문에 가장 많이 쓰인다. 이때 쓰이는 절단용 재료는 작은 조각의 연마재를 적당한 중간 결합재로 결합시킨 비교적 얇은회전판(abrasive cutting wheel)이다. 실제 절단을 위해 wheel을 선택할 때는 연마질, 결합재, 결합강도, 연마재 밀도 등이며 냉각제, 누르는 압력, wheel의 마모속도 등이 절단면의 질에 영향을 미친다.3) 마운팅(moung)작업을 하기도 하지만 평면도를 향상시키거나 더 좋은 연삭면을 얻기위해서는 연마후 혹은 wheel절단을 한 경우에는 바로 랩핑을 하면 좋다. 연마의 경우 결합재에 의해 고정되어 있는 연마재로 시편의 표면을 연마하는 것과는 달리 랩핑의 경우 연마재를 시편과 밑판사이로 흘려주어 자유롭게 구르며 시편면을 연마하는 방법이다. 이때 쓰는 밑판은 보통 주철로 만들며 연마재가 약각 박혀 구를 수 있을 정도로 연해야 하며 홈이 파져있어 연마재가 흘러나가기에 용이해야 한다. 랩핑은 연마에 비해 누르는 압력이 적고 작업시간이 기나 작업 후 시편의 평면도가 좋다. 작업 시 연마재를 끌, 글리세린, oil등에 풀어 시편과 회전밑판 사이로 흘려주는데 연마재로는 균일한 입도의 가루를 쓴다.5)연삭(polishing)? 시편을 연삭하는 이유는 크게 두 가지고 나누어 첫째, 이전 준비과정 중 변형이 일어난 층을 갈아내고 둘째, 흠이 없는 거울 같이 깨끗한 면을 만드는 것이다. 첫째 목적으로 하는 것이 예비연삭(pre-polishing)이며, 둘째 목적으로 하는 것이 마무리 연삭이다. 연삭시 사용하는 연마포(polishing cloth)를 nap의 길이, 재질에 따라 여러 종류로 나눌 수 있는데 nap의 길이가 짧은 hard cloth는 예비연삭용으로 쓰이며, nap의 길이가 긴 soft cloth는 마무리 연삭용으로 쓰인다. 연삭재로는 다이아몬드입자 past(or spray) 혹은 알루미나 현탁액이 주로 쓰이며 기타 등의 분말도 쓰이는데 최근에는 좋은 시험면을 얻기 위해서 다이아몬드가 제일 많이 쓰인다. 예비연삭시에는 45-6 입도의 다이아몬드 paste 혹은 spray를 쓰며 최종 연삭용으로는 1-1/4의 것이 쓰인다. 또한 스테인레스강, 동합금, 알루미늄합금, Mg, Zr등과 같이 가공변질에 민감하거나 연삭 속도가 느린 재료들은 위에서 설명한 기계연삭 대신에 전해연삭(electric polishing)을 하면 좋다. 그러나 전위차가 큰 둘 이상의 상으로 이루어진 재료는 차별침식이 대안렌즈(eyepiece), 스테이지, 스텐드 등이다.2) 분해능(resolution)? 현미경의 분해능이라 함은 “현미경으로 두 점을 관찰할 때 두 점이 명확하게 보이는 최근접거리”라고 할 수 있으며 이 말은 현미경을 통해 우리 눈으로 볼 수 있는 가장 작은 점이라는 의미와는 다른 것이다. 현미경의 모든 렌즈들이 완전하여 상의 변형이 일어나지 않더라도 분해능은 빛의 회절 현상 때문에 제한을 받게 된다.3) 배율? 위에서 말한 대로 광학현미경의 분해능은 150 nm이고 정상적인 사람이 식별할 수 있는 크기가 0.2 mm정도라고 보면 광학현미경의 최대 배율은 1300배 정도이며 그 이상 크게 하는 것은 단지 흐린 상을 크게 하는 것 뿐이다.4) 심도? 심도는 “현미경으로 관찰할 때 동시에 초점이 맞는 최대 깊이 차이”인데 분해능, 배율 등이 크게 영향을 받는다.5) 수차(aberration)? 앞에서 분해능, 심도 등을 이야기할 때는 렌즈가 결함이 없고 완전하여 시편위의 한 점을 하나의 완전한 상으로 대응 관찰하였을 경우를 염두에 둔 것이다. 그러나 실제로는 그렇진 못하다. 대표적인 렌즈결함으로는 색수차(chromatic aberration), 곡면수차(monochromatic aberration, spherical aberration), 변형(distortion)등을 들 수 있다.6) 검사방법? 현미경으로 조직을 관찰할 때 특수한 상의 분해능을 높이려면 앞의 노력 외에 상의 contrast를 살려줄 필요가 있다. 그러기 위해서는 시편준비(etching등)을 용도에 맞게 해주던가 적당한 검사방법을 택하면 된다. 검사방법으로는 명시야(bright field illumination), 암시야(dark field illumination), 편광(polarized light), phase contrast illumination, 간섭(interference contrast illumination)등이 있으며 그 원리도 같다.(3) 금속의 응고와 미세조직? 금속의 원자로 한정되지는 않는다.? 결정이 이와 같이 우선적으로 성장할 때는 응고하여 생긴 결정표면은 결정학적으로 전부가 같은 면이 되는가 하면 반드시 그렇지도 않다. 응고의 과정에서 극단한 방향성을 가진 열류가 생긴 경우에는 처음에 생기는 핵 및 이것에서 성장한 결정이 현저한 방향성을 갖는 열이 있다. 이것을 이용하여 녹은 금속은 냉각시킬 때 냉각속도, 열류의 방향 등의 조건을 적당히 선택함으로써 1개의 핵만을 성장시켜서 전체를 단결정(single crystal)로 만들 수 있다. 이와 같이 해서 단결정을 만드는 방법을 Bridgeman법이라 한다. 응고할 때에 고상이 생기면 응고의 잠열이 방출되어 주위의 액상에 주어진다. 이 때에 열의 방출은 평면에서 보다 뽀족한 부분에서 빨리 일어난다. 따라서 녹은 금속 중에 생긴 핵이 성장할 때 뾰족한 부분이 한번 생기면 그 부분의 성장이 촉진되어 더욱 크게 된다. 그리고 이 부분이 점차 크게 되면 평면과의 차가 적어진다. 이때에 새로 뾰족한 부분이 생기면 앞에서와 같이 그 부분의 성장이 촉진된다. 이것을 수지상정(dendrite)이라 부른다. 응고할 때 생긴 핵은 각각 수지상으로 성장하여 가나 수지 사이에 남은 액체의 부분도 응고하면 결국 같은 결정이 된다. 합금인 경우에는 처음에 응고한 부분과 후에 응고한 부분의 성분이 다를 때에는 이와 같은 수지상이 명확히 나타난다. 많은 수의 핵에서 성장한 수지상이 커져서 서로 부딪친 곳에서 경개가 생기면 응고가 끝난다. 따라서 결정립계의 부분은 최후에 응고하게 된다. 이 때문에 금속 중에 이종원자가 있어 결정 중에 고용되지 않는 것은 최후에 입계에 모이는 일이 많고, 또 용해상태에서 생긴 산화물 등의 불순물도 최후에 입계에 모이게 된다.? 실제로 금속재료를 생산하는 과정에서는 금속을 녹여 금형에 주입해서 잉곳(ingot)을 만든다. 대형의 금형에 주입된 때의 결정립의 성장은 주형의 벽면에 접하는 부분은 급냉 되므로 미세한 결정립이 생기나 냉각이 진행하여 잉곳내부에 향하면 금형벽에 따라 열록 한다.어는 정도 표면이 평탄하게 되면 거친 연마를 시작한다.ⅱ) 조연마카아보란담이나 알루미나 분말이 피복된 연마지를 바닥이 평탄한 곳에 놓고 시편에 가볍게 압력을 가하면서 전후로 움직여 연마한다.보통 사포는 뒷면에 표시된 숫자가 작을수록 거친 것이며 처음 연마에는 제일 거친 연마지로서 연마를 시 작하고 순차적으로 미세한 연마지로 연마를 한다. 이 거친 연마 과정에서는 관찰할 시편의 면이 평활하게 되는가의 결정단계이므로 시편을 조심스럽게 다루어서 연마를 실시해야 한다.ⅲ) 정마거친 연마를 끝낸 시험편은 정마를 실시한다. 정마에는 기계적 정마와 전해 정마가 있으며 기계정마는 보 통 연마기를 사용한다.기계정마는 연마포를 평평하게 씌워 놓은 회전판위에 산화크롬이나 알루미나의 미분을 물에 섞은 연마액을 몇 방울씩 떨어뜨리면서 실시한다. 이 때에도 시편에 무리한 힘을 가하지 말고 가볍게 연마를 하며, 회전원 판의 원주방향과 최종거친 연마방향이 직각이 되게 하여 앞의 연마시 흠이 완전히 소멸될 때까지 연마한다.기계 정마가 끝난 시편은 흐르는 물에서 탈지면으로 연마찌꺼기를 제거하고 알코올 스프레이나 초음파 세척기로 완전히 경면을 만든다.ⅳ) 부식액(애칭액)의 제조(염산 30ml + 에타올 120ml + 염화제 1철 10ml)ⅴ) 부식부식하지 않은 연마면에서는 모상과 색이 다른상이라든지, 비금속 개재물등이 있는 경우를제외하고는 아무런 조직도 볼 수 없다. 그렇기때문에 적당한 부식액으로 관찰할 연마면을부식시키면 결정입계, 상의 경계, 상의 종류,결정방향들이 부식정도에 따라 다르게나타나므로 조직을 관찰 할 수 있게 된다.ⅵ) 현미경 검사시편의 연마와 부식이 끝나면 금속 현미경으로 조직을 관찰한다.금속현미경을 시편에 수직으로 광선을 입사시켜 반사된 빛에 의해서 관찰하게 되며 아래 그림은 금속현미경의 한 형태와 반사조명 원리를 나타낸다.시편을 시편대 위에 올려놓은 후에는 다음의 조작에 의하여 조직을 관찰한다.① 먼저 접안렌즈를 뽑아내고 그 속을 들여다보면서 유리의 밝기가 균일하게치수는

공학/기술| 2009.02.06| 14페이지| 2,500원| 조회(11,534)

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