[자연과학] [물리응용실험] 열의 역학적 일당량 측정 실험, 열의 전기적 일당량 측정 실험

열의 역학적 일당량 측정 실험

1. 실험 목적

역학적 에너지를 마찰을 통해 열로 바꾸어 열의 일당량을 측정하여 본다.

2. 기초 이론

수력 발전소에서와 같이 물의 역학적 에너지가 전기적 에너지로 변환되는 것이 있다. 또한 전열기처럼 전기적 에너지가 열 에너지로 변환되는 것이 있다. 이처럼 하나의 에너지는 여러 가지 형태로 변환될 수 있다. 본 실험에서는 역학적 에너지를 열 에너지로 바꾸어 열의 일당량을 측정하여 본다. 역학적 에너지는 열로 열 에너지는 역학적 에너지로 변환 시킬 수 있는데 이때 1cal가 몇 J에 해당 하는가를 열의 일당량이라고 한다. 따라서 일 W와 열량 Q사이에는 다음과 같은 관계가 성립하며, 비례 상수 J를 열의 일당량이라고 한다.
W 〓 J × Q
마찰력이 F일 때 거리 d만큼 이동 한 경우 한 일은 W〓Fd 이다. 이 역학적 에너지가 마찰에 의해 열로 바뀌어 알루미늄 마찰 원통의 온도를 상승 시킨다. 마찰 원통에 나일론
끈을 여러 번 감고 노끈의 한쪽 끝에 질량 M을 매단 다음 마찰 원통을 회전시켰을 때 물체가 이동하지 않으면 질량 M의 무게는 모두 마찰력으로 작용하게 된다. 그러므로
마찰력은 질량 M의 무게와 같아진다.
F 〓 M × g
또한, 반경이 R인 마찰 원통을 N회 돌린 경우 총 마찰 거리(d)는
d 〓 2 π R N
이므로 마찰력이 한 일(W)은
W 〓 F × d 〓 2 π M g R N

이다. 그리고 알루미늄 마찰통의 온도가 ΔT만큼 상승 되었다면, 발생한 열(Q)은

Q 〓 C m ΔT
여기서 m : 마찰 원통의 질량(199.6g) C : 알루미늄 비열(0.220cal/g℃)
그러므로 열의 일당량(J)은
이 된다.
3. 실험 기구

4. 실험 방법

① 열의 일당량 측정 장치를 실험 테이블에 고정 클램프를 이용하여 고정 시킨다.

② 노끈을 시료에 감고 한 쪽 끝에 질량 추를 매단다.

③ 디지털 멀티미터를 이용하여 초기 온도를 측정 기록 한다. (저항값을 읽은 후 별첨된

…

④ 카운터를 0으로 조정 한다.

⑤ 고정 핀 쪽에 걸린 장력이 없음을 확인하고 회전 손잡이를 회전시켜 열을 발생 시킨

⑥ 카운터를 이용하여 회전 수를 측정하고, 그때의 온도를 측정 기록 한다.

⑦ 알루미늄 시료를 식힌 후 ①~⑥을 반복 실험 한다.

⑧ 시료의 직경을 버니어 캘리퍼스로 측정하고, 저울을 이용하여 질량을 측정한다.

5 실험 결과

6. 결과 처리

7.389

738.9