열의 일당량 결과보고서

열의 일당량
측정값
추의 질량: M 〓 3999g
알루미늄 실린더의 질량: m 〓 202g
알루미늄 실린더의 반지름: R 〓 20.70mm
설정온도(°) (Ω) (°) (Ω)(°)(°)(회)
실험결과
이번 실험의 목적은 역학적 일이 열에너지로 변환될 때 가해준 일과 변환된 열량을 측정하여 열의 일당량을 측정하는 것이다.
역학적 일은 줄의 마찰력을 통해 알루미늄 실린더에 가해준 일이고, 이때 마찰에 의해 발생한 열랑은 실린더의 온도 변화로부터 계산할 수 있다.
이렇게 하여 계산한 열의 일당량은 4.461 (J/cal) 이다.
질문 및 토의

(1) 온도를 계산하는데 발생하는 오차가 일당량의 값에 미치는 정도를 오차의 전파를 이용해 계산하고 결과를 분석하시오.

온도에서 발생하는 오차가 일당량의 값에 미치는 정도를 알아보기 위해서 다른 오차의 가능성을 제외하고 계산한다.
열당량 J는 다음과 같이 계산된다.

열당량의 표준편차
여기서


로 계산하면 온도에 의해서 발생하는 오차를 구할 수 있다.

(2) 오차가 생긴 원인을 실험 과정과 결과로부터 설명하시오.

① 열은 항상 머물러 있지 않고 높은 곳에서 낮은 곳으로 전해진다. 즉, 알루미늄 실린더 에서 공기 중으로 열이 이동하므로 오차가 생긴다.

② 매번 크랭크를 돌리는 속도가 다르다. 한번 크랭크를 돌리는데 드는 일의 양은 같겠지만 ①에서 말했듯이 크랭크를 돌리는 중에도 공기 중으로 열이 빠져나가기 때문에 크랭크를 돌리는 속도가 일정하지 못함에 있어서도 오차가 생겼을 것이다.

③ 에너지 보존 실험 장치에 있는 저항대 온도표를 보고 저항값 대응하는 Ti를 찾아서 기록할 때, 저항대 온도표에 나타나 있지 않은 중간 영역은 비례식을 사용해서 임의로 설정하기 때문에 이것 역시 오차를 발생시키는 요인이 될 것이다.

④ 또한 저항을 측정할 때 멀티미터 자체의 기기 결함이 있었을 것으로 생각되고, 저항이 일정한 값으로 멈추어 있지 않고 자꾸 변하기 때문에 여기서 측정오차가 발생한다.

⑤ 실린더와 나일론 줄의 마찰열이 실린더로 다 전달되지 않는다. 예를 들자면 실린더의 온도가 올라감에 나일론 줄의 온도 역시 올라 갈 것이다. 이것은 마찰열이 나일론 줄에 역시 전해졌다는 것을 의미하므로 실린더로 모든 마찰열이 전달되지 않음을 증명한다.

(…(생략)