[자연과학][일반물리실험] 물질의 비중 측정

[일반물리실험] 물질의 비중 측정

1. 실험 목적

아르키메데스의 원리를 이해하고 Jolly의 용수철 저울을 사용하여 고체와 액체의 비중을 측정한다.

2. 실험 원리

온도 에서의 물질의 밀도와 에서의 순수한 물의 밀도()의 비를 그 물질의 에서의 비중이라 한다. 비중은 단위가 없는 무차원의 값이다. 어떤 물체의 무게를 , 그 물체와 같은 부피를 가진 온도 에서의 액체의 무게를 , 이 온도에서의 액체의 비중을 이라고 하면 그 물체의 비중 는 다음과 같이 구할 수 있다.
(15.1)
한편, 밀도 또는 비중을 측정하기 위한 편리한 방법은 다음에 주어진 아르키메데스의 원리를 이용하는 것이다.
“어떤 물체를 액체 속에 담그면 그 물체는 물체의 부피에 해당하는
액체의 무게만큼의 힘을 연직방향으로 받게 된다.”
이 힘을 부력이라 부른다.
1. 고체의 비중
그림 15.1에 주어진 Jolly의 용수철 저울에 용수철 상수 인 용수철에 질량이 이고 부피가 인 물체를 매달았을 때 용수철의 길이가 에서 만큼 늘어났다면 물체의 무게는 다음과 같다.
(15.2)
그리고 물체를 온도 인 물에 담갔을 때 용수철이 만큼 늘어났다면
(15.3)

이다. 여기서 는 에서 물의 밀도이다. 그러므로 식(15.2),(15.3)에 의해 부력에 해당하는 물체와 같은 부피의 물 무게 는

(15.4)
이다. 그러므로 물체의 비중 는 식 (15.1)에 의해
(15.5)
가 된다.…

4. 실험 방법

(1) 용수철 저울의 삼각대 조절나사들을 조절하여 용수철과 거울눈금자가 연직이 되게 한다.

(2) 용수철에 고체 시료를 달지 않았을 때의 용수철의 눈금 을 측정한다.

(3) 용수철에 고체 시료를 달았을 때 용수철이 늘어난 길이 를 측정한다.

(4) 비커에 물을 적당히 채우고 온도를 잰 다음 받침대 위에 올린다.

(5) 용수철에 시료를 달고 물에 시료가 완전히 잠기게 한 후 용수철이 늘어난 길이 를 측정한다.

(6) 다른 비커에 액체 시료를 적당히 채우고 온도를 잰 다음 받침대 위에 올린다.

(7) 고체 시료를 말린 후 액체 시료에 담그고 늘어난 길이 를 측정한다.

(8) (2)～(7)과정을 반복하여 , , , 를 각각 5번씩 측정한다. 매번 고체 시료를 물과 액체 시료에 번갈아 담글 때마다 잘 말리도록 하라.

(9) 시료를 바꾸어서 (2)～(8) 과정을 반복한다.

5. 측정값

6.22