[자연과학]물리학 실험 - 고체의 비열실험 결과보고서

고체의 비열실험 결과보고서

1)목적

구리, 유리 시료의 비열을 열량계를 이용하여 측정하고 미지의 시료를 같은 방법으로 비열을 측정한 후에 이 시료가 어떤 물질인지 알아보고자 한다.

2)이론

구리, 유리 등 여러 가지 물질들은 수증기를 이용한 열기구로 태울 수 있다. 질량을 알 수 있는 물로 채워진 열량계 속으로 뜨거워진 조각들을 넣으면 온도가 다른 물질들 사이의 열 이동으로 온도 차이를 00C로 만들수 있으며 마침내 혼합온도 t에 도달하게 된다. 이 상태를 열평형이라고 한다. 열량계 속의 물은 t로 더워지면서 얼마만큼의 열량을 얻게 된다. 이 열량은 온도가 t만큼 내려간 고체의 조각들로부터 얻은 것이다.
여기서 비열 c는 물질 1kg의 온도를 10C 올리는데 필요한 열량으로 정의된다. 1cal의 열량은 150C의 물 1g의 온도를 10C 올리는데 필요한 열량으로 정의된다. 열 평형과 열량보존의 법칙에 의하여
으로부터 고체시료의 비열을 얻을 수 있다.
Cw(물의 비열) 〓 4.19kJ/kg0C 〓 1.00 cal/g0C
여기서 mx는 시료의 질량, mw는 물의 질량, t1은 처음 물의 온도, t2는 처음시료의 온도이다.

3)실험장치

-증기발생기 -온도계
-열량계 -열기구
-유리조각 -구리시료
-미지의 시료

4)실험 방법

1. 증기발생기에 약 200mL의 물을 채우고 볼트를 단단히 조인다.

2. 그림 9.1과 같이 실험 장치를 설치한다. 이 때 시료를 열량계 속으로 쉽게 옮길 수 있도록 열기구를 비스듬히 설치한다

3. 열기구와 증기발생기를 연결한다

4. 먼저 유리 조각 시료 약 20g을 열기구에 넣는다.

5. 비어있는 열량계의 질량을 측정한다.

6. 물 100g을 열량계에 채운 후 물의 온도 t1을 측정한다

7. 시료의 온도가 최고온도가 될 때까지 약 10분간 열기구를 가열시킨다.

8. 열량계 속으로 유리 조각 시료를 재빨리 넣는다.

9. 혼합물의 온도가 상승을 멈출 때의 온도를 기록한다

10. 시료의 비열을 위의 식을 이용하여 계산한다.

11. 유리 조각 시료의 질량을 변화시키면서 위의 과정을 반복한다.

12. 구리 시료 약 20g에 대해서도 똑같은 실험을 반복하여 비열을 측정한다.

13. 미지의 시료 약 20g에 대해서도 똑같은 실험을 반복하고 이 물질의 알아낸 비열값을 이용하여 시료는 어떤 물질일지 알아보자.

5) 실험결과

(a) 유리 시료

…

(b) 구리 시료

(c) 미지의 시료

위의 실험결과를 토대로 각각의 시료들의 비열을 구해보자.

비열은 위에 있는 공식 을 변형하여 구할 수 있다.

이 공식을 이용하여 비열을 구하여 보자.

⊙ 유리시료의 비열

i) 유리시료가 20g일때의 비열 〓 100(25 - 22.7) / 20(97.2-25)

〓 230/1444