[2011.03.26] 둘쨋날_절대 온도의 측정과 열의 발산

학습일 - 2011.03.26
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3월 26일날 실험했는데, 밀려서 쓰네요 ㅠㅠ 죄송합니다... (오늘 한 것도 써야한다능..ㅡㅡ)

아 그리고... 카메라를 못 가져가서.. 사진이 없습니다 ㅠㅠㅠㅠㅠ

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 실험 Ⅰ <절대 온도의 측정>

 <실험 주제 및 목표>
 일정한 부피에서의 온도와 압력의 상관관계를 통하여 절대온도를 알아낸다.

 <기본 개념 설명>

• 온도 (Temperature) : 원자의 평귝 병진 운동에너지
•                                   이상기체에서의 절대온도 1/3k mv2 = T 식에서 보듯 v = 0 (이 실험에선 p가 0) 될 때 절대온도가 된다.

• 압력 (Pressure) : 단위면적에 가해지는 평균 힘
•                             P = F / A

 <실험 준비>

 큰 주전자 1개, 삼각플라스크(밀폐), 온도ㆍ압력 센서, 플레이트, 스탠드

 <실험 과정>

 가. Datastudio 에 온도 센서와 압력 센서를 연결한다.

 나. 큰 주전자에 물을 넣어 섭씨 90도 정도가 될 때 까지 가열한다.

 다. 가열된 주전자에 스탠드를 이용하여 압력 센서와 온도센서가 연결된 삼각플라스크를 바닥에 닿지 않도록 장치한다. 그 후 천천히 냉각시킨다.

 라. 냉각시키는 동안 놀다가 데이터가 나오면 데이터를 기반으로 절대온도를 알아낸다.

 <실험 결과>

온도	압력
80	125.8
60	120.1
40	112.7
20	102.6

 기울기 : 2.78 

 식: y = 2.78x + b ( x에 112.7 대입 y에 40 대입)

 ∴b = -273.306 → 절대온도 측정값 : 273.306 (∵1/3k mv2 = T 에서 P가 0일 때 원자의 v가 0 이되므로 즉, 압력이 0일때 T가 0 이되므로 압력이 0일 때가 절대온도를 말한다.,)

 <결론>

1. 압력이 0일 때의 온도가 절대온도이다.
2. 절대온도는 섭씨 -273도 이다. 

 실험 Ⅱ <열의 발산>

 <실험 주제 및 목표>

 더운 물이 담긴 알루미늄캔을 이용하여 어떠한 과정으로 열이 방출되는지에 대해 논의해 보자.

 <기본 개념 설명>

•  열은 에너지의 일종이다. 열의 전달은 두 물체의 온도가 다른 경우에 일어나는데, 크게 3가지의 방법으로 일어난다. 전도, 대류, 복사가 그것이다.

1. 전도 현상 : 열 또는 전기가 물체 속을 이동하는 일
2. 대류 현상 : 기체나 액체에서, 열이 전달되는 현상. 기체나 액체가 부분적으로 가열되면 가열된 부분이 팽창하면서 밀도가 작아져 위로 올라가고, 위에 있던 밀도가 큰 부분은 내려오게 되는데, 이런 과정이 되풀이되면서 기체나 액체의 전체가 고르게 가열된다.
3. 복사 현상 : 물체에서 열에너지가 전자파로서 방출되는 현상

 <실험 준비>

 알루미늄 캔 두개(흰색, 검은색) , 온도센서, 물



 <실험 과정>

 가. 위의 그림과 같이 두 개의 알루미늄 캔에 온도센서를 연결한다. 수돗물을 받아 캔의 90% 정도로 동일하게 채운다.

 나. 두 개의 알루미늄 캔 사이에 알코올램프를 놓아 캔과 램프가 일직선으로 붙어있게 장착한다. 이 경우 캔의 밑바닥에는 스티로폼을 놓아 실험 테이블과의 단열과 불꽃과의 높이를 조정한다.

 다. 준비가 되면 램프에 불을 붙이고, 컴퓨터와 온도계를 이용하여 시간에 따른 온도의 변화를 20분 동안 측정한다.

 라. 측정하는 20분 동안 놀지말고 캔 안의 온도계를 가볍게 흔들어 용기 안의 물이 잘 섞이게 한다.

 마. 20분이 지나면 램프의 불을 끄고, 램프를 치운 뒤 램프의 위치에 책을 한 권 세워 놓고, 앞의 실험을 계속하여 20분간 진행한다.

 바. 실험이 종료되면 두 캔의 온도 변화를 알아 본다.



 <실험 결과>

 위의 그래프에서 보듯이, 검은색 캔의 열 방출 속도가 더 빠르다.



 <결론>

1. 검은색이 하얀색 보다 열의 흡수ㆍ방축 속도가 더 빠르다.
2. 슈테판-볼츠만 법칙에 의하여 검은색(이상적)이 방출하는 열은 절대온도 T 에 4제곱에 비례한다.

 <보충>






 후담. 후... 드디어 끝냈네요 ㅠㅠ 열심히 했으니 잘 봐주세요~

 P.S 첨부파일 - 절대온도 실험 https://mail.google.com/mail/?ui=2&ik=f0be02e67f&view=att&th=12ef028568bcfa53&attid=0.1&disp=safe&realattid=file1&zw