[자연과학] 일반 물리학 실험 - 고체의 비열

일반 물리학 실험 - 고체의 비열

1. 실험 목적

열량계를 이용하여 물질의 비열을 측정하는 과정을 이해하고, 물질의 종류에 따라 비열이 다름을 이해한다.

2. 실험 원리

물체에 열을 가하면, 물체의 온도가 변하거나 상전이를 한다. 질량이 인 물체에 만큼의 열을 가하여 물체의 온도가 에서 으로 변하였다면, 물체의 비열 는 다음과 같다.

(2.1)

온도가 다른 두 물체를 열적으로 접촉시키면 고온의 물체로부터 저온의 물체로 열이 이동한다. 그리고 충분한 시간이 지나면 두 무체의 온도가 같게 되는 열적 평형 상태에 도달한다. 이 때 두 물체가 외부와 열적으로 차단된 열량계 내에 있다면 고온의 물체가 읽은 열량은 저온의 물체가 얻은 열량과 같게 된다.
온도가 으로 가열된 물체(질량, 비열)를 온도가 인 물 (질량 , 비열)이 담겨져 있는 열량계(질량 , 비열)에 넣은 후 열적 평형 상태에 도달하여 물체와 열량계가 모두 온도가 가 되었다면, 열의 흐름을 기술하는 방정식은

(2.2)

이며, 물체의 비열 는

(2.3)

이 된다. 그런데 열량계 내의 용기, 젓개, 온도계 등의 비열을 모두 고려할 수 없으므로 열량계와 관련된 물체의 비열을 물당량 (물과 비열이 다른 물질의 비열을 물과 같다고 할 때 해당하는 물의 질량)으로 환산하여 계산하면 편리하다.

열…(생략)

4. 실험 방법

(1) 실온에 가까운 질량 의 물을 열량계에 담아 그 온도 를 측정한다. (실온의 물과 끓인물의 합이 열량계 용기에 정도 채워 지도록 와 을 정한다.)

(2) 온도가 인 물(끓인물)을 열량계에 부은 후 평형온도 를 측정한다. (물을 끓일 때에는 물을 비이커 2/3정도 채우고 온도계는 비이커 바닥에 닿지 않도록 주의한다.)

(3) 합한 물의 질량을 측정하여 끓인 물의 질량 을 구한다.

(4) 다음의 관계식으로 물당량 을 구한다.

(5) 열량계를 건조시킨 후 다른 종류의 시료를 사용하여 (1)～(5)의 과정을 반복한다.

5. 측정값

66.5

197.9

38.64