열의일당량 예비, 결과 레포트

1. 실험 목적

역학적 일이 열에너지로 변환된 경우 변환된 열량을 측정하여 열의 일당량을 측정한다.

2. 실험 원리

에너지 보존 법칙에 따르면 어떤 계에 역학적인 일을 하여 계의 온도가 증가된 경우, 증가된 열에너지는 계에 가해준 일의 크기와 같아야 한다. 일은 보통 joule로 표시되고 열에너지는 calorie로 표시된다. 이 때, 열 가 몇 joule에 해당하는 가를 열의 일당량이라 한다. 따라서 일 와 열량 사이에는 ( : 열의 일당량)의 관계가 성립된다.
a. 일()의 계산

그림 3.1 : 일을 열로 바꾸는 장치

그림3.1의 실험장치에서는 실린더 위에 나일론 줄이 4～5회 감겨있고 나일론 줄 끝에 추가 달려 있어서, 실린더를 회전시키면 실린더와 나일론 줄 사이에 일정한 마찰력이 작용하여 추가 바닥으로부터 일정한 높이를 유지한 채 공중에 떠 있게 된다. 이 때 실린더와 나일론 줄 사이의 마찰력과 중력은 힘의 평형상태에 있으므로 마찰력과 추에 작용하는 중력은 같은 크기를 가진다. 즉
(5.2)
이다. 그리고 나일론 줄의 마찰력이 알루미늄 실린더에 가해준 일은 다음과 같다.
(5.3)
회…(생략)

4. 실험 방법

(1) 일을 열로 바꾸는 장치를 실험대에 고정시킨다.

(2) 알루미늄 실린더의 질량과 나일론 줄에 매달린 추의 질량 을 측정하여 기록한다.

(3) 버니어캘리퍼스로 실린더의 지름 를 측정하여 실린더의 반지름 를 기록한다.

(4) 그림 3.2와 같이 멀티미터의 입력선을 장치의 단자에 연결하여 서미스터의 저항값을 읽는다. (알루미늄 실린더 속에는 온도에 민감한 서미스터가 들어 있어 실린더의 온도에 따라 서미스터의 저항이 변한다.)

(5) 장치에 적혀 있는 저항대 온도 표를 보고 저항값 에 대응하는 를 찾아 기록한다. (저항 대 온도 표에 나타나 있지 않은 중간 영역의 값은 일차 근사하여 결정한다.)

(6) 그림3.1과 같이 나일론 줄을 알루미늄 실린더에 4～5회 정도 감는다. (줄은 실린더와 나란하게 감기도록 한다.)

(7) 크랭크를 시계방향으로 30～50회 돌린후 와 돌린 횟수 을 기록한다. (가능한 일정한 힘으로 돌린다.)

(8) 가열된 실린더를 실온에 도달할 때 까지 식힌 후 위 과정을 반복하여 식(3.6)을 이용해 열의 일당량 를 계산한다.

5. 측정값