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[물리실험] [물리실험]전구의 물리학

1. 실험목적과 배경-실험 목적회로 상에서의 전압, 전류, 저항의 관계를 확인해 보고, 옴의 법칙을 이해한다.-배경 이론{*옴의 법칙*전류가 흐르다가 저항을 만나면 저항에서 에너지를 잃게 된다. 그리고 그만큼의 전위가 떨어지게 된다. 그러나 저항을 통과한 후에도 전류의 세기는 바뀌지 않는다. 이때 이렇게 떨어진 전위, 즉 전위차를 전압 이라고 한다. 이 전압의 크기는 저항의 세기에 비례하고 흐르던 전류의 세기에도 비례한다. 즉,V = I × R의 식이 나오게 된다. 이것은 V = I R , I = V / R , R = V / I 의 식으로 나타내어도 동일하다.*전기 저항*일반적으로 저항의 크기를 식으로 표현해 보면,R = ρl / S (일정온도에서)즉, 저항은 도선의 길이(l)에 비례하고, 단면적(S)에 반비례한다. 여기서 ρ는 비저항 인데, 이것은 물질의 종류에 따라 다르며, 비저항이 큰 물질일수록 저항이 크다. 여기서 일정온도에서 라고 쓴 이유는 이 비저항이 온도에 따라 변하기 때문인데, 온도가 높아질수록 비저항이 커지게 된다. 그 이유는 온도가 높아지면 원자의 움직임이 더 활발해져서 흐르는 자유전자와 충돌하여 전자의 흐름을 방해할 가능성이 높아지기 때문이다. 여기서 비저항의 온도에 따른 변화율은,ρ = ρ0(1 + αΔt)이다.*회로에서의 저항*1)직렬연결{직렬로 연결한 저항에서 각각의 저항을 지나는 전류의 값은 항상 일정하다. 또한 직렬연결에 걸리는 각각의 전압의 합은 전압원의 전압과 같다.왼쪽의 회로를 흐르는 전류의 값을 I 라고 하면, 각각의 저항에 걸리는 전압은,V1 = IR1, V2 = IR2, V3 = IR3이며 이때 각각의 전압의 합은 총 전압의 크기와 일치하므로,V = V1 + V2 + V3 = I(R1 + R2 + R3) = IR즉, 전체 저항은 R = R1 + R2 + R3 이라고 할 수 있다.2)병렬연결각각의 병렬 연결에 걸리는 전압은 총 전압과 일치하며, 각각의 병렬연결에 흘러 들어가는 전류의 합은 총 전류와 같다.{총 전압을 V라고 했을 때, 각각의 저항에 들어가는 전류는,I1 = V / R1, I2 = V / R2, I3 = V / R3이며, 이들 전류의 합이 전체 전류의 크기와 같으므로,I = I1 + I2 + I3 = V(1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3) = V / R즉, 전체저항은,R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3이 되는 것이다.*저항띠 읽는 방법*{색띠첫번째두번째승수허용오차검정001갈색1110±1%빨강22100±2%주황331,000노랑4410,000녹색55100,000±0.5%남색661,000,000보라7710,000,000회색88100,000,000흰색991,000,000,000금색---±5%은색---±10%2. 실험장치 및 방법-실험장치옴의 법칙 실험 세트저항 세 개직렬연결 실험시에 필요한 전선 세 개직류전원장치전류계(전압, 저항측정 가능)-실험 방법1옴의 법칙 실험 세트와 직류전원장치를 연결한다.2저항을 준비하여 저항을 측정한다. (전류계로 가능)3옴의 법칙실험세트의 스위치를 직렬 에 놓고 저항 하나를 직렬로 연결한다. 직렬연결에서는 한 부분이 끊기면 전류가 흐르지 않으므로 저항을 연결하지 않은 부분에 전선을 연결하여 준다. 이 때 직류전원장치에 표시된 전압과 전류를 기록한다.4위와 같은 방법으로 저항 두 개를 연결한다. 이 때는 저항 두 개 사이에 흐르는 전류도 측정한다.(전류계를 이용)5옴의 법칙 실험세트의 스위치를 병렬 로 놓고 저항 두 개를 병렬로 연결한다. 병렬연결에서는 한 부분이 비어도 회로에 전류가 흐르므로 전선이 필요하지 않다. 이 때에도 직류전원장치에 표시된 전압과 전류를 기록한다. 또한 각각 저항에 걸리는 전류의 크기를 측정해본다.6 5번과 다른 저항을 연결하여 같은 실험을 반복한다.7옴의 법칙 실험세트의 스위치를 직·병렬연결 에 놓고 저항 두 개를 병렬위치에, 하나를 직렬 위치에 연결하여 이때의 전압과 전류를 기록한다.8다른 저항을 갖고 7번을 반복한다.3. 실험 결과1)직렬연결{110.4Ω 저항을 연결전원장치의 전압 : 2.01V전원장치에 표시된 전류 : 0.200A210.4Ω과 39.3Ω저항을 연결{전원장치의 전압 : 2.01V전원장치에 표시된 전류 : 0.037A(1)의 전류(전류계로 측정) : 0.043A(2)의 전류( ) : 0.043A(3)의 전류( ) : 0.043A2)병렬연결{139.3Ω과 321.5Ω저항을 연결전원장치의 전압 : 2.01V전원장치에 표시된 전류 : 0.054A(1)의 전류(전류계로 측정) : 0.058A(2)의 전류( ) : 0.057A※각 저항에서의 전류 측정 불가능{239.3Ω과 10.4Ω저항을 연결전원장치의 전압 : 2.01V전원장치에 표시된 전류 : 0.252A(1)의 전류(전류계로 측정) : 0.250A(2)의 전류( ) : 0.248A※각 저항에서의 전류 측정 불가능3)직렬+병렬연결{1전원장치의 전압 : 2.16V전원장치에 표시된 전류 : 0.044A{2전원장치의 전압 : 2.35V전원장치에 표시된 전류 : 0.002A※위에 표시된 저항은 모두 전류계를 이용하여 저항을 측정한 것임->각각의 저항띠110.4Ω => 갈색 / 검정 / 검정 / 금색239.3Ω => 주황 / 흰색 / 검정 / 금색3321.5Ω = > 빨강 / 주황 / 갈색 / 금색(잘못된 것 같음)4. 논의원래의 실험은 전구의 온도와 저항을 조사하는 실험이었으나 실험장비의 부족으로 단순히 옴의 법칙 만을 확인하도록 했다.실험을 수행하기에 매우 간편하도록 옴의 법칙 실험세트 가 준비되어 있어서 따로 회로를 만들 필요 없이 각 실험에 맞도록 직렬, 병렬 연결에 저항을 연결하기만 하면 되었다.우리는 실험에서 저항을 세 가지 사용하였다. 저항측정장치로 측정해본 바에 의하면 각각 10.4Ω, 39.3Ω, 321.5Ω이었는데, 기계로 측정하지 않았어도 모든 저항에는 색깔띠가 표시되어 있어서 저항의 크기를 쉽게 알 수 있었을 것이다.(물론 띠읽는 법을 알고 있었다면){저항측정장치로 측정한값띠의 색깔띠에의해 표시된 값10.4Ω갈색/검정/검정/금색10(±5%오차)39.3Ω주황/흰색/검정/금색39(±5%오차)321.5Ω빨강/주황/갈색/금색23(±5%오차)배경이론을 조사할 때 띠 읽는 법을 함께 조사하였다.위에서 보면 321.5Ω의 크기가 띠로 표시된 것과는 매우 다르다. 이것은 띠의 색깔을 잘못 본 것으로 생각된다. 아마도 실제의 색깔은, 주황/ 빨강/ 주황/ 금색(또는 은색) 이 아니었을까 생각된다. 계산에서는 그냥 저항측정장치로 측정한 값을 사용하기로 하였다.실험에서는 우리가 일반적으로 알고 있는 옴의 법칙 V = IR'을 확인하기만 하면 되었다.첫 번째 직렬로 저항 한 개를 연결한 실험에서는 쉽게 확인이 가능하였다. 저항의 크기는 10.4Ω, 표시된 전압은 2.01V, 전류는 0.200A이므로,10.4Ω X 0.200A = 2.08V (오차=( 2.08-2.01 /2.01) X 100 = 3.48%)이처럼 약간의 오차는 있지만 옴의 법칙이 성립함을 알 수 있다.두 번째 실험에서는 저항을 두 개 연결하였는데, 직렬연결에서는 전체 저항의 크기가 회로 내의 모든 저항의 크기의 합과 같으므로 이때 전체저항은 10.4Ω+39.3Ω=49.7Ω이며, 표시된 전압은 2.01V, 전류는 0.037A이었다.49.7Ω X 0.037A = 1.84V (오차=( 1.84-2.01 /2.01) X 100 = 8.45%)여기서도 오차는 있지만 옴의 법칙이 성립함을 알 수 있었다. 또 이 실험에서는 전류계를 이용해서 저항들 사이를 흐르는 전류의 크기를 측정하였는데, 실험 결과에서 (1), (2), (3) 모두 0.043A가 나왔다. 즉 직렬연결이므로 전류의 크기는 모든 회로에서 같은 것이다. (이때 다른 실험에서도 마찬가지였지만 전원장치에 표시된 전류보다 전류계로 측정한 값이 항상 크게 측정되었다. 이것은 기계상의 문제가 아닌가 생각된다.) 각각의 저항에 걸리는 전압의 크기를 측정해 보았으면 좋았었겠지만, 전압은 측정하지 못했다. 옴의 법칙에 근거하여 각 저항에 걸리는 전압을 예상해보면, (V = IR)10.4Ω에 걸리는 전압의 크기 = 10.4Ω X 0.037A = 0.385V39.3Ω에 걸리는 전압의 크기 = 39.3Ω X 0.037A = 1.45V두 전압의 크기의 합 = 1.45V + 0.385V = 1.84V이렇게 된다.병렬로 연결한 실험에서도 역시 옴의 법칙을 확인할 수 있었는데, 첫 번째 39.3Ω과 321.5Ω의 저항을 병렬로 연결하였을 때, 이 때의 전체 저항의 크기는(1/39.3 + 1/321.5)-1= 35.0(Ω)이며, 전원장치에 표시된 전압의 크기는 2.01V, 전류의 크기는 0.054A였다. 따라서,35.0Ω X 0.054A = 1.89V (오차=( 1.89-2.01 /2.01) X 100 = 5.97%)이렇게 옴의 법칙이 성립한다. 이 실험에서는 각각의 저항을 흐르는 전류의 크기를 측정하지 못했는데, 전류계를 저항에 연결하면 전원장치에 표시되는 전압에 변화가 생겼기 때문이다. 그것은 전류계가 하나의 저항으로서 작용하였기 때문이라고 생각하였는데, 전류계의 특성상 전류는 변화시키지 않으려 하므로 병렬 회로에서 하나의 저항에 직렬로 전류계(저항)를 연결하면 그 저항에 흐르는 전류의 크기는 변하지 않지만 회로 전체의 저항의 크기는 증가하므로 전압이 커지게 되는 것이다. 따라서 전압이 변하더라도 전류계에 표시된 전류의 크기를 그냥 읽어주면 되는 것이었다. (그러나 왜 직렬연결에서는 아무런 문제가 없었는지는 의문이다.

자연과학| 2002.12.01| 8페이지| 1,000원| 조회(1,274)

저항, 물리실험, 전구, 옴의 법칙, 저항띠

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[물리실험 ] [물리실험]대충돌(운동량 보존 법칙) 평가A좋아요

1. 실험 목적과 배경-실험 목적 : 일차원에서의 충돌 실험을 통하여 충돌에 대한 개략적인 이해의 방법을 살펴보고 이를 통해 운동량 보존의 법칙을 검증해본다. 그리고 그 안에 포함된 뉴턴의 운동법칙에 대해서도 확인해본다.-배경이론어떤 질량 m인 물체가 v의 속도로 운동하고 있을 때,F = ma = m·dv/dt = d(mv)/dt = dp/dt의 식으로 표현될 수 있다. 이것은 F = ma 라는 뉴턴의 제2법칙 에 따른 것이며, 이것에 가속도의 개념(a=dv/dt)을 대입하여 운동량(p)을 이용해 나타낸 것이다. 이 식에 따르면 한 물체의 운동량의 시간에 따른 변화율은 그것에 작용하는 총 힘의 크기와 같으며, 방향 또한 같다. 만약, 총 힘의 합이 Ftot= 0일 때, 즉 외부에서 작용하는 힘이 없을 때,F = ma = dp/dt = 0이 된다. 즉 운동량의 시간에 대한 미분이 0이므로, 운동량은 일정한 상수값이다. 이것이 바로 운동량 보존의 법칙이다.*운동량 보존의 법칙에 관한 더 자세한 내용*충돌하는 물체들 사이의 상호작용에 의하여 속도가 변하더라도 물체를 묶어서 생각한 하나의 '계' 의 외부에서 힘이 작용하지 않으면 상호 작용 전의 운동량의 총합은 상호 작용 후의 운동량의 총합과 같다. 이것을 운동량 보존 법칙 이라고 한다. 운동량 보존 법칙이 적용되는 상호 작용의 보기로는 충돌, 분열, 융합, 관통 등이 있다.*일직선상에서의 충돌*어떤 물체 A와 B가 일직선상에서 운동하고 충돌 후에도 같은 일직선상을 운동하는 경우를 생각해보자. 질량이 M인 물체 A가 속도 V로 운동하고 물체 B는 질량이 m이고 속도 v로 운동하고 있다. 이렇게 운동하는 두 물체가 충돌을 해서 물체 A는 V', 물체 B는 v'로 되었다. 두 물체가 충돌을 할 때 두 물체는 서로에게 힘을 작용한다. 이 때 두 물체가 서로에게 주는 힘은 '작용 반작용의 법칙(뉴턴의 제3법칙)'을 만족한다. 따라서 A가 B에게 가하는 힘을 F라고 하면 B가 A에게 가하는 힘은 -F이다. 또 접촉하고 있는 동 읽는다.(충돌 후의 속력을 구하기 위해 두 시간의 차를 이용한다.)3글라이더의 충돌 전후의 속도를 구하고, 운동대의 충돌 전후의 속도를 모두 0으로 놓아 반발계수를 구한다.(4)실험 2-멈춰진 글라이더에 다른 글라이더로 충돌시키기1실험 1에 사용하였던 글라이더를 무마찰 실험대의 두 빛살문 검출기의 사이에 올려놓는다.2다른 글라이더를 실험대 한쪽에 올려놓아 손으로 살짝 밀어서 1의 글라이더와 충돌하도록 만든다.3충돌 전과 후에 나타난 빛살문 검출기의 시간을 읽는다.(실험1과 마찬가지로 움직인 글라이더의 충돌 후 속도는 두 시간의 차를 이용한다.)반발계수를 구한다.(5)실험 3- 양쪽에서 두 글라이더를 밀어서 충돌시키기1실험 2에서와 같은 글라이더를 이용한다. 두 빛살문 검출기 바깥쪽에 각각 글라이더 하나씩을 놓는다.2양쪽에서 살짝 밀어서 충돌 전 후에 나타난 시간을 기록한다.(방향도 기록해야 함)3각각의 충돌 전후의 속도를 구해 반발계수를 구한다.(6)실험 4- 비탄성 충돌(멈춰진 글라이더에 다른 글라이더로 충돌시키기)1두 글라이더에 비탄성 충돌용 연결부품 암수 1쌍을 각각 하나씩 꽂는다.2실험 2와 같은 방법으로 반발계수를 구해낸다.(7)실험 5- 비탄성 충돌(양쪽에서 두 글라이더를 밀어서 충돌시키기)1실험4의 글라이더를 이용하여 실험 3과 같은 방법으로 반발계수를 구해낸다.※모든 실험에서 사용한 글라이드의 질량을 측정해야 한다!!3. 실험 결과(1)번외실험 - 무마찰 실험대의 수평확인을 위한 글라이더의 움직임 측정{오른쪽 빛살문검출기에 나타난시간(10-3sec, 이하 모두 동일)왼쪽 빛살문검출기에 나타난 시간1158157.42127127.03104104.8(2)실험 1 - 글라이더 하나를 운동대에 충돌시키기(오른쪽방향(+), 왼쪽방향(-)(※글라이더의 길이=10cm=0.10m, 글라이더의 질량=190.2g=0.1902kg){운동량(ptot = m1v1 + m2v2) (kg.m/s)충돌전충돌후10+(0.1902X9.3X10-1)=1.8X10-10+(0.1908.1X10-14610.10/0.461=2.2X10-1154.20.10/0.1542=6.5X10-1171.20.10/0.1712=(-)5.8X10-121530.10/0.153=(-)6.5X10-16580.10/0.658=1.5X10-1265.50.10/0.2655=3.8X10-1190.30.10/0.1903=(-)5.3X10-131530.10/0.153=(-)6.5X10-15770.10/0.577=1.7X10-1245.30.10/0.2453=4.1X10-1200.20.10/0.2002=(-)5.0X10-1{운동량(ptot = m1v1 + m2v2) (kg.m/s)충돌 전충돌 후1(-8.1X10-1X0.2284)+(6.5X10-1X0.1902)=-0.061(0.2284X2.2X10-1)-(0.1902X5.8X10-1)=-0.0602(-6.5X10-1X0.2284)+(3.8X10-1X0.1902)=-0.076(0.2284X1.5X10-1)-(0.1902X5.3X10-1)=-0.0613(-6.5X10-1X0.2284)+(4.1X10-1X0.1902)=-0.070(0.2284X1.7X10-1)-(0.1902X5.0X10-1)=-0.056{반발계수(e= -(V' - v') / (V - v) )1-{2.2X10-1-(-5.8X10-1)}/{(-8.1X10-1)-6.5X10-1}=0.552-{1.5X10-1-(-5.3X10-1)}/{(-6.5X10-1)-3.8X10-1}=0.663-{1.7X10-1-(-5.0X10-1)}/{(-6.5X10-1)-4.1X10-1}=0.63평균=(0.55+0.66+0.63)/3=0.61 표준편차=√{(0.062+0.052+0.022)/3}=0.047(5)실험 4-비탄성 충돌(멈춰진 글라이더에 다른 글라이더로 충돌시키기){오른쪽 글라이더(208.2g=0.2082kg)왼쪽 글라이더(209.2g=0.2092kg)충돌 전충돌 후충돌 전충돌 후걸린시간속도(m/s)걸린시간속도(m/s)걸린시간속도(m/s)걸린시간속도(m/s)1006640.20/0.664=)실험2-멈춰진 글라이더에 다른 글라이더로 충돌시키기(오른쪽방향(+), 왼쪽방향(-)){운동량(ptot = m1v1 + m2v2) (kg.m/s)충돌 전충돌 후10+(0.2508X4.9X10-1)=1.2X10-1(0.2894X3.9X10-1)-(0.2508X5.1X10-5)=1.1X10-120+(0.2508X6.3X10-1)=1.6X10-1(0.2894X5.0X10-1)-(0.2508X4.5X10-5)=1.4X10-130+(0.2508X9.0X10-1)=2.3X10-1(0.2894X6.8X10-1)-(0.2508X4.1X10-5)=2.0X10-1{오른쪽 글라이더(289.4g=0.2894kg)왼쪽 글라이더(250.8g=0.2508kg)충돌 전충돌 후충돌 전충돌 후걸린시간속도(m/s)걸린시간속도(m/s)걸린시간속도(m/s)걸린시간속도(m/s)1002540.10/0.254=3.9X10-1205.60.10/0.2056=4.9X10-11941.40.10/1941.4=(-)5.1X10-52002010.10/0.201=5.0X10-1159.70.10/0.1597=6.3X10-12227.30.10/2227.3=(-)4.5X10-53001470.10/0.147=6.8X10-1110.50.10/0.1105=9.0X10-12418.50.10/2418.5=(-)4.1X10-5{반발계수(e= -(V' - v') / (V - v) )1-{3.9X10-1-(-5.1X10-5)}/(0-4.9X10-1)=0.802-{5.0X10-1-(-4.5X10-5)}/(0-6.3X10-1)=0.793-{6.8X10-1-(-4.1X10-5)}/(0-9.0X10-1)=0.76평균=(0.80+0.79+0.76)/3=0.78 표준편차=√{(0.022+0.012+0.022)/3}=0.017(8)실험 3-양쪽에서 두 글라이더를 밀어서 충돌시키기{오른쪽 글라이더(289.4g=0.2894kg)왼쪽 글라이더(250.8g=0.2508kg)충돌 전충돌 후충돌 전충돌 후걸린시간속도(m/s)걸린시간속도(m/s)걸린시간속도(m)/(0-8.1X10-1)=0평균=0 표준편차=0{오른쪽 글라이더(269.2g=0.2692kg)왼쪽 글라이더(269.8g=0.2698kg)충돌 전충돌 후충돌 전충돌 후걸린시간속도(m/s)걸린시간속도(m/s)걸린시간속도(m/s)걸린시간속도(m/s)11230.10/0.123=(-)8.1X10-12946.70.20/2.9467=(-)6.8X10-2137.30.10/0.1373=7.3X10-12946.70.20/2.9467=(-)6.8X10-121550.10/0.155=(-)6.5X10-13206.60.20/3.2066=(-)6.2X10-2158.40.10/0.1584=6.3X10-13206.60.20/3.2066=(-)6.2X10-131400.10/0.140=(-)7.1X10-13417.20.20/3.4172=(-)5.9X10-1161.80.10/0.1618=6.2X10-13417.20.20/3.4172=(-)5.9X10-1(10)실험 5- 비탄성 충돌(양쪽에서 두 글라이더를 밀어서 충돌시키기){반발계수(e= -(V' - v') / (V - v) )1(6.8X10-2-6.8X10-2)/{(-8.1X10-1)-7.3X10-1}=02(6.5X10-2-6.5X10-2)/{(-6.5X10-1)-6.3X10-1}=03(5.9X10-1-5.9X10-1)/{(-7.1X10-1)-6,2X10-1}=0평균=0 표준편차=0{운동량(ptot = m1v1 + m2v2) (kg.m/s)충돌 전충돌 후1(-8.1X10-1X0.2692)+(7.3X10-1X0.2698)=-0.021(-6.8X10-2X0.2692)+(-6.8X10-2X0.2698)=-0.0372(-6.5X10-1X0.2692)+(6.3X10-1X0.2698)=-0.0050(-6.2X10-2X0.2692)+(-6.2X10-2X0.2698)=-0.0333(-7.1X10-1X0.2692)+(6.2X10-1X0.2698)=-0.024(-5.9X10-1X0.2692)+(-5.9X10-1X0.2698)=-0.0324. 논의운동량 보존 법.

자연과학| 2002.12.01| 15페이지| 1,000원| 조회(2,242)

물리실험, 대충돌, 운동량보존법칙, 1차원 충돌

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[생물 실험] 삼투압의 측정 평가D별로예요

1. 실험제목 : 삼투압의 측정2. 실험일 : 2002년 3월 21일 목요일3. Introduction식물 세포 사이에서 물은 양이 많은 곳, 즉 수분포텐셜(ψ)이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다. 이 수분포텐셜은 식으로,ψ=P+G+π으로 나타낼 수 있는데, 이때 π는 삼투포텐셜, P는 압력, G는 중력을 나타낸다.즉 수분포텐셜은 삼투포텐셜과 비례하므로, 결국 물은 삼투포텐셜이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동함을 알 수 있다. 이 삼투포텐셜을 식으로 나타내면,π=-RTCs이다. 여기서 R은 기체상수이며, T는 절대온도 K를 나타낸다. Cs는 삼투몰랄농도이다.삼투 몰랄농도는 물질의 종류와는 관계없이 용해되어 있는 용질의 총수를 나타낸다. 따라서, 이 식을 통해 어떤 용액의 농도를 알면 용액의 삼투포텐셜을 구할 수 있는 것이다. 압력P 는 정수압을 나타내는데, [P=절대압력-대기압력]이고, 보통 물은 대기압력하에 있기 때문에 표준상태에서의 압력은 0이 된다. 그리고 비이커에 담긴 물의 경우 중력 G=0이 되므로, 결국 순수한 물의 수분포텐셜은 ψ=P+G+π=0 으로 볼 수 있는 것이다. 따라서 중력을 무시할 수 있는 경우 수분포텐셜은 다음과 같이 간략하게 나타낼 수 있게 된다.ψ=P+π=P-RTCs식물 세포를 각기 다른 농도의 설탕용액에 넣은 후 충분한 시간이 경과되면 세포 안팎의 ψ의 차이에 따라 세포 내로 물이 삼투되어 조직의 무게나 부피가 증가되거나 물이 빠져나가서 무게나 부피가 줄어들게 된다. 만일 외부 용액의 ψ이 세포의 ψ와 같을 때에는 삼투평영이 이루어져 세포의 무게나 부피가 변하지 않게 된다.각각 정해진 용액에 식물조직을 잠기게 하면 식물조직과 용액 사이의 수분포텐셜 차이에 의해 물이 삼투되어 용액의 농도가 증가되거나 감소된다. 만일 용액의 농도가 변하지 않았다면 그 용액의 수분포텐셜은 잠겨있었던 식물조직의 농도와 같다고 추정할 수 있다.4. Meterials & Methods1)실험 1 :부피와 질량 변화 측정을 통한 감자괴경의 수분 포텐셜 측정★Meterials감자, 1MSucrose용액, 증류수, 메스실린더, 비커, 페트리디쉬, 시험관, 코르크보러, 파라필름, 면도칼, 흡수지, 저울★Methods①1M sucrose용액을 희석하여 0.15, 0.20, 0.25, 0.30 0.35M로 만들고 각각 20mL씩 시험관에 담는다.②코르크보러로 감자에서 15개 이상의 조직을 얻고 4cm식 잘라 비커에 담은 후 파라필름으로 막는다.③감자 조각을 3개씩 취하여 무게와 길이를 측정한 후 각 농도별 sucrose 용액이 담겨 있는 시험관에 넣는다.④1시간 동안 방치한다.⑤감자 조각을 꺼내어 흡수지로 물기를 닦고 다시 무게와 길이를 측정한다.⑥측정된 무게와 길이 변화량과 설탕 용액 농도와의 그래프를 그린 후, 감자 조직의 농도를 추정하여 삼투압을 측정한다. 이 때, 그래프의 기울기가 무엇을 의미하는지 생각해본다.2)실험 2: Chardakov Method를 이용한 수분 포텐셜 측정★Meterials감자, 시험관, 코르크 보러, 면도칼, 흡수지, 메틸렌 블루 파우더, 해부침, 온도계, 1M sucrose용액, 비커, pasteur pipet★Methods①15개의 시험관을 5set으로 나누어 각각 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.35M, A, B, C로 표시한다.②1M sucrose용액을 희석하여 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.35M로 만들고 10mL씩 각 농도에 해당하는 A와 B실험관에 담는다.③코르크보러로 감자에서 15개 이상의 조직을 얻고 4cm로 잘라 비커에 담은 후 파라필름으로 막는다.④감자 조각을 3개씩 취하여 각 농도별 sucrose용액이 담겨 있는 A시험관에 담는다.⑤B시험관에는 메틸렌 블루 파우더를 넣고 잘 섞는다. (각 농도별 dye를 만드는 과정이고 이 때 마른 해부침을 마른 파우더 속에 넣었을 때 해부침에 묻어나는 정도의 메틸렌 블루 양이면 충분하다.)⑥A시험관에 감자조각을 넣은 후 30~40분 정도 되었을 때 시험관의 설탕용액을 비어있는 C시험관으로 옮기고 용액의 온도를 측정한다.⑦Pasteur pipet을 이용하여 C시험관 용액의 중간쯤에 각 농도의 dye를 떨어뜨리고 떨어뜨린 방울이 이 용액 속에서 가라앉는지 뜨는지 관찰한다. Dye가 움직이지 않는다면 dye의 농도와 시험관 요액의 농도가 같다고 추정할 수 있다.⑧위의 실험을 각 농도의 설탕용액에서 반복하고 감자의 삼투압을 결정한다.※여기서 쓰여지는 감자가 들어있던 설탕용액은 실험1에서 썼던 것을 이용하였다.=Result=0.150.200.250.300.35처음 무게0.727g나중 무게0.7700.7380.7500.7580.773무게변화량+0.0430+0.0110+0.0230+0.0310+0.04601.감자의 무게변화2.메틸렌블루 용액을 떨어뜨렸을 때의 변화Dye의농도Sucrose농도0.150.200.250.300.350.15가라앉는다가라앉는다가랑앉는다가라앉는다가라앉는다0.20뜬다뜬다뜬다뜬다가라앉는다0.25뜬다뜬다가라앉는다뜬다가라앉는다0.30뜬다가라앉는다뜬다가라앉는다가라앉는다0.35가라앉는다가라앉는다가라앉는다가라앉는다가라앉는다6. Discussion이번 실험은 두 가지 방법을 이용하여 감자의 농도를 측정하는 것이었다.우선 첫 번째 실험은 감자 조각을 여러 농도의 sucrose 용액에 넣어 보았을 때의 질량 변화를 통하여 감자의 농도를 추측하는 것이었는데, 예상대로라면 Sucrose농도와 감자의 무게변화량과의 그래프를 그려보았을 때 무게 변화량이 0이 되는 점을 찾아내어 그 점이 나타내는 sucrose 농도가 감자의 농도가 되어야 했다. 그리고 그 0이 되는 지점보다 sucrose의 농도가 작은 곳에서는 물이 감자로 이동하여 무게변화량이 양(+)이 되고, 0이 되는 지점보다 농도가 큰 곳에서는 반대로 감자에서 물이 빠져나가서 변화량이 음(-)이 되어야만 했다. 그러나 우리가 한 실험의 결과에서는 무게변화량이 모두 양(+)으로 0이 되는 지점이 나타나지 않았을 뿐만 아니라 그래프가 기울어진 방향도 일정하지 않아서 감자의 농도를 제대로 파악 할 수 없었다. 이렇게 실험이 잘못 수행된 이유를 고찰해 보았는데, 우선 생각할 수 있는 것이 감자의 무게를 재면서 생긴 오차 때문이었다. 처음 실험 수행 전에 감자 20개를 같은 길이로 잘라서 한꺼번에 저울에 올린 다음 그 수치를 20으로 나누어 감자 한 개 당 무게를 구하고, 실험이 끝난 후에도 각각의 시험관에 들어 있던 네 개씩의 감자를 한꺼번에 저울에 올려, 그 수치를 4로 나누어 무게를 구하였다. 그러나 우리의 손으로 감자를 자르다보니 기계처럼 완전한 원통형으로 같은 길이(2cm)로 잘라내는 것이 불가능했음에도 불구하고 모든 감자의 부피와 질량이 똑같다고 가정을 하고 실험을 수행해서, 당연히 질량의 평균치에도 오차가 생길 수밖에 없었다. 게다가 저울이 하나밖에 없어서 감자를 모두 잘라놓고도 질량을 재려고 기다리는 동안에 감자의 수분이 증발해버려서 농도가 처음보다 진해지게 되었다. 결국 원래의 감자보다 진한 농도였기 때문에 무게 변화량이 항상 양(+)으로 나온 것이라 생각되었다. 그나마 비교적 무게 변화량이 0에 가까운 0.20mol 용액일 때의 농도가 감자의 농도와 비슷하다고 생각하였으나 단지 추측에 불과한 것이다.그리고 감자를 충분한 시간(1시간)동안 sucrose용액에 넣었다가 빼었을 때, 각 용액은 감자의 농도와 Sucrose의 농도의 평균값정도의 농도로 평형을 이루게 된다. 따라서 Sucrose의 농도가 높은 시험관에서는 더 높은 농도에서 평형을 이루어야 하고 농도가 낮은 시험관에서는 더 낮은 농도에서 평형을 이루어야 한다. 두 번째 Result에서 보면 낮은 농도에서부터 메틸렌블루 용액을 떨어뜨렸을 때, 평형 농도 이전까지는 메틸렌블루 용액의 밀도가 더 낮으므로 수면 위쪽으로 뜨게 되고, 평형 농도보다 높을 경우에는 가라앉게 된다. 그러나 우리의 실험 결과에서는 이것이 일정하지 않았는데, 이것을 실험의 오차로 판단하고 처음 가라앉은 때의 농도보다 더 높은 농도의 메틸렌블루 용액을 떨어뜨렸을 때 모두 가라앉는다고 가정하여 보면,

자연과학| 2002.05.26| 5페이지| 1,000원| 조회(1,690)

수분포텐셜, 감자, 삼투압, Chardakov, 질량 변화

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[생물 실험] 소화효소의 작용에 미치는 온도와 pH의 영향 평가B괜찮아요

1. 소화효소의 작용에 미치는 온도와 pH의 영향2. 실험일 : 2002년 4월 11일 목요일3. Introduction★효소(Enzyme)생물체내에서 각종 화학반응을 촉진시키는 단백질로서 자신은 변하지 않으면서 화학반응의 속도를 빠르게, 혹은 느리게 한다.1)효소의 특징(1) 효소의 기질 특이성-효소는 특정 기질에만 작용한다.=>효소(enzyme) + 기질(substrate) ->효소-기질 복합체(enzyme-substrate complex)(2)최적 온도와 최적 pH①최적온도 : 최적온도보다 낮은 온도에서는 효소의 활성이 둔화되고, 그보다 높은 온도에서는 효소가 변성되어 활성이 없어지게 된다.a. 온도상승의 효과 : 일반적으로 화학반응은 온도가 10℃ 상승할 때마다 속도가 2∼3배 증가한다. 효소도 일정한 범위에서는 이러한 원리가 적용된다.b. 저온 효과 : 온도를 낮추면 효소의 활성이 줄지만, 온도를 높이면 활성이 다시 회복 된다.c. 최적온도 : 정온 동물의 경우에는 35∼40℃ 이다.d. 변성 : 온도가 어느 한계이상으로 올라가면 효소의 기능이 정지되고, 온도를 낮추더 라도 활성이 되살아나지 않는다. 이때 효소는 변성되었다고 하며, 효소단백 질의 입체구조가 파괴된 상태이다.②최적 pH : 최적 pH보다 낮거나 높으면 활성이 둔화된다. 대부분의 효소는 중성에서 활성이 크지만, 최적 pH는 효소마다 다르다.ex) 펩신의 최적 pH=2 , 트립신의 최적 pH=8 등등.(3)효소는 반복하여 사용된다.-효소는 반응 후에 원래의 상태로 복귀하므로, 촉매작용을 계속할 수 있다.★탄수화물(carbohydrate)과 α-amylase에 의한 가수분해 과정자연계에 존재하는 대부분의 탄수화물은 고분자의 다당류이며, 그 중 저장형태로서 가장 중요한 다당류는 식물세포의 녹말(starch)과 동물세포의 글리코겐(glycogen)이다. 녹말과 글리코겐은 소화관에서 분비되는 소화효소의 일종인 amylase에 의해서 가수분해된다. α-amylase에 의한 녹물의 가수분해 과정의 처음 단계에서는 덱스트린과 더불어 비교적 큰 각종 올리고당이 생성되며, 시간이 지남에 따라 덱스트린의 분자량은 감소된다. 분자량이 큰 덱스트린은 녹말과 마찬가지로 요오드와 반응하여 푸른색을 나타내나, 이보다 더 분자량이 작은 덱스트린은 적갈색을 나타내고, 분자량이 훨씬 작은 덱스트린은 요오드에 의해 착색되지 않는다. 따라서 요오드 시약으로 녹말의 가수분해 정도를 확인할 수가 있다. α-amylase의 활성도는 온도, 기질의 농도, pH, 전해질의 종류에 따라 다르다.4. Materials & Methods★Materials0.5% amylase or 타액, 1% starch용액, 0.1N I2KI용액, TE buffer(pH 3.0, pH 7.0, pH 10.0), 1% NaCl용액, 시험관, 시험관대, 스포이드, 항온수조(water bath), stirrer, pH meter, 얼음, 온도계★Methods1. 효소의 작용에 미치는 온도의 영향1) 8개의 시험관에 5ml의 녹말용액, TE buffer(pH7.0) 2ml, 1% Nacl 1ml를 넣는다.2) 1, 2번 시험관은 4℃, 3, 4번 시험관은 20℃, 5, 6번 시험관은 45℃, 7, 8번 시험관은 50℃에서 incubating한다.3) 2, 4, 6, 8번 시험관에 각 1ml의 효소액(혹은 타액)을 가하여 잘 섞는다. 이때 시각을 기록해준다.4)각 시험관에 0.1 N I2KI용액을 1방울 가하여 발색반응이 나타나지 시간을 때까지의 시간을 비교측정한다. (이 시간이 너무 짧아 비교하기 어려운 경우 효소액을 더 묽게 만들어 무색이 될 때까지의 시간이 5-10분 정도가 되도록 조절한다. 또한 660nm에서 흡광도를 측정하면 정량적인 측정이 가능하다.)5) 각 조건에 따른 효소의 활성을 그래프로 작도한다. 이때 효소의 활성은 편의상 1/T(T는 발색반응이 음성으로 나타날 때까지의 시간)으로 나타낸다.2. 효소의 작용에 미치는 pH의 영향1) 3개의 시험관이 5ml의 녹말용액, 1% NaCl 1ml를 넣는다.2) 1,2,3번 시험관에 TE buffer pH 3.0, pH 7.0, pH 10.0요액 2ml를 각각 넣고 잘 섞어준다.3) pH meter를 이용하여 각 시험관의 pH를 측정, 기록한다.4)37℃ water bath에서 5분간 incubating한다.5) 각 시험관에 효소액(혹은 타액)을 1ml를 가하여 잘 섞는다. 이때 시각을 기록해준다.6) 각 시험관에 0.1N I2KI용액을 1방울 가하여 발색반응이 나타나지 않을 때까지의 시간을 비교 측정한다.7) 각 조건에 따른 효소의 활성을 그래프로 작도한다. 이때 효소의 활성은 편의상 1/T(T는 발색반응이 음성으로 나타날 때까지의 시간)으로 나타낸다.5. Result시험관의 온도4℃20℃45℃70℃색이없어지는데 걸린시간청색이 흐려지긴했으나 없어질기미가 보이지않음갈색으로변하긴했으나 완전히없어지지는않음2분 50초에서 3분정도 걸림50초에서 1분정도 걸림1/T(걸린시간)1/∞=01/∞=0약 175초라고하면1/175=0.00571약 55초라고 하면1/55=0.01821. 효소의 작용에 따른 온도의 영향첨가한 bufferpH 3.0pH 7.0pH 10.0색이 없어지는데 걸린시간24분=1440초47초48초1/T(걸린시간)1/1440=0.0006941/47=0.02131/48=0.02082. 효소의 작용에 미치는 pH의 영향6. Discussion우리는 "introduction"에서 언급한 효소의 여러 가지 특징들 중 두 번째 '최적 온도와 최적 pH를 갖는다'는 것을 증명하기 위해 실험하였다.처음 온도에 따른 효소의 활성을 알아보기 위해 시험관 네 개에 녹말과 0.1N I2KI용액을 넣고 각각을 4℃, 20℃(그냥 실온에 두었다.), 45℃, 70℃에 두었다가 효소를 넣은 후 시험관 내부의 색깔이 청남색에서 무색으로 변할 때까지의 시간, 즉 효소에 의해 녹말의 분해반응이 모두 끝날 때까지 걸린 시간을 측정하였다. 대체적으로 온도가 높을수록 반응에 걸리는 시간이 짧았는데, 반응하는데 걸린 시간은 반응속도에 반비례하므로 온도가 높아질수록 반응속도가 커지는 것을 관찰할 수 있었다.(그래프에서 보면 알수 있다) 그러나 실험 결과에서 몇가지 문제점들을 찾아낼 수 있었다. 우리가 사용한 효소는 아밀라아제, 즉 생체 내에서 활성을 갖는 촉매이므로 체온과 비슷한 온도에서 최대 활성을 갖게 됨을 예상할 수 있다. 따라서 4℃에 있던 시험관의 효소가 작용을 하지 못한 것은 쉽게 이해할 수 있다. 그러나 20℃의 시험관에서는 효소에 의한 분해작용이 충분히 일어날 듯 하였으나 청남색에서 갈색으로만 변하였을 뿐 반응이 잘 일어나지 않았다. 이것은 그 때의 상온을 20℃로 가정하여 그 시험관을 그냥 상온에다 두었는데, 실제로 그 날 실험실의 기온은 20℃보다 훨씬 낮았던 것으로 기억되므로, 20℃보다 더 낮은 온도에서 반응하였기 때문에 그러한 결과가 나온 것이라 판단된다. 그리고 효소는 단백질로 이루어져 있으므로 온도가 어느 정도 이상으로 상승하게 될 경우 단백질은 변성하는 성질을 갖기 때문에, 효소가 작용을 할 수 없게 된다. 따라서 45℃에서 반응이 일어나고, 더 높은 온도인 70℃에서는 단백질에 변성이 일어나서 효소의 작용이 일어나지 않을 것이라 예상했었다. 그러나 오히려 70℃에서 더욱 빠르게 반응이 잘 일어나는 것이었다. 이것은 효소를 이루고 있는 단백질의 변성이 일어나기 위해선 70 ℃보다 더 높은 온도가 필요되거나, 혹은 우리가 실험에서 사용했던 효소가 아밀라아제, 즉 생체촉매가 아니라 온도가 증가함에 따라 계속 증가하는 무기촉매 같은 것 일수도 있다고 생각했다. 이러한 가정을 하여 더욱 생각해보았을 때, 효소는 일반적으로 온도가 10℃ 상승함에 따라 반응속도는 2배로 상승하는 경향이 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 45℃에서 1/T 가 0.00571이므로 70℃에서는,10℃상승 => 반응속도(1/T) 2배, 10n℃상승 => 반응속도(1/T) 2n배

자연과학| 2002.05.26| 5페이지| 1,000원| 조회(2,344)

온도, 효소, pH, 소화효소

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