대학물리실험 - 열의 일당량

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1. 실험 목적

 전류의 열작용에 의하여 발생하는 열량을 측정하여 소모된 전기 에너지와 비교함으로써 줄의 법칙을 확인하고 열의 일당량을 구한다.[1]

 

2. 주의 사항

 (1) 뜨거운 물을 이용하므로, 화상을 입지 않도록 주의한다.

 (2) 온도계와 비커는 유리로 되어있으므로 깨트리지 않도록 주의한다.

 (3) 전원장치를 목표값으로 미리 세팅하고, 전선도 연결한 다음에 전원을 키도록 한다.

 

3. 실험 결과

-생략-

 

4. 결과 및 토의

 1) 이번 실험 결과를 보면 전반적으로 상대오차가 발생한다. 이러한 오차를 발생시키는 요인으로는

     (1) 교반기를 저음으로써 마찰로 생기는 열이다. 이것을 오차 발생 요인으로 생각한 이유는 보온병에 물을 넣고 흔들면 마찰로 인해서 물의 온도가 높아진다는 것을 들은 적이 있기 때문이다.

이런 요인을 개선시킬 수 있는 방안은 물을 저을 정도로만 교반기를 움직이는 것이다. 교반기를 빠르게 움직여서는 안된다.

     (2) 처음 비커에서 온도를 측정한 다음 생기는 열손실이다. 이것을 오차 발생 요인으로 생각한 이유는 상온의 물은 상관없지만, 뜨거운 물은 계속해서 식기 때문이다.

이런 요인을 개선시킬 수 있는 방안은 온도를 측정한 다음 최대한 빨리 열량계에 넣는 것이다.

     (3) 물의 비열이 언제나 1cal/gC가 아닌 것이다. 이것을 오차 발생 요인으로 생각한 이유는 물의 온도에 따라서 비열이 조금씩 변하기 때문이다. [2]

이런 요인을 개선시킬 수 있는 방안은 비열을 T에 대한 함수로 나타내거나, 이 비열이 최대한 일정한 구간에서 실험을 진행해서 오차를 줄이는 방법이 있다.

     (4) 전도로 빠져나가는 열이다. 이것을 오차 발생 요인으로 생각한 이유는 열량계가 최대한 단열을 한다고 해도 결국 열역학의 제2법칙에 의해서 일부의 열을 빠져나가기 때문이다.[3]

이런 요인을 개선시킬 수 있는 방안은 열량계에서 빠려나가는 열이 얼마나 되는지 측정하는 실험을 추가해서 열손실을 계산하는 것이다.

 

 2) 이번 실험에서의 중요한 핵심은

     (1) (실험 전체 과정에서 중요하다고 판단되는 부분은) 온도가 1도 올랐다고 판단하고 그것을 기록하는 부분이다.

그렇게 생각한 이유는 재래식 온도계를 이용하다보니 아무래도 부정확한데, 만약 제대로 집중을 하고 있지 않으면, 이 오차가 더 커질 수 있다.

     (2) (이번 실험의 중요한 핵심이나 key point는) 이상적으로 물에만 열을 가하는 환경을 만들지 못하기 때문에 열역학 실험을 하기 어렵다는 생각을 버리는 것이다.

그렇게 생각한 이유는 열역학 실험은 기본적으로 제2법칙에 의해서 실험환경을 잘 조성하지 않으면 일정한 결과를 내기 어렵기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 이런 오차를 보정하기 위해서 열량계의 물용량을 계산하고 열량계를 이용하는 등의 노력을 기울이면 이 오차를 충분히 줄일 수 있다는 것을 아는 것이 중요하다고 생각했다.

     (3) (주관적으로 봤을 때 중요하게 초점을 두어 진행해야 하는 부분은) 물용량 M을 측정하는 것이다. [4]

그렇게 생각한 이유는 열량계도 물의 용량으로 생각해서 실험을 진행해야하기 때문에 첫번째 실험을 하는 것일텐데, 처음에 그냥 보았을 때는 이 작업을 하는 이유를 생각하기 어렵다.

 

5. 참고문헌

1) 김병배 외 5명, 대학 물리실험(북스힐, 2020) PP.411~416

-> 실험 목적, 주의 사항, 실험 결과 작성 시 참고.

 

2) https://en.wikipedia.org/wiki/Specific_heat_capacity

Specific heat capacity - Wikipedia

-> 물의 비열이 온도에 따라 조금씩 변한다는 것을 참조.

 

3)https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%97%B4%EC%97%AD%ED%95%99_%EB%B2%95%EC%B9%99

열역학 법칙 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

-> 열손실이 어디서나 난다는 것에 대해서 참조함.

 

4) https://www.scienceall.com/%EB%AC%BC-%EB%8B%B9%EB%9F%89water-equivalent/

물 당량(water equivalent) | 과학문화포털 사이언스올

-> 물당량이 어디에 쓰이는지 참조함