소개글
"공학물리학및실험"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험 기기
4. 실험 방법
5. 실험 결과
5.1. 막대형 물리 진자
5.2. 원판형 물리 진자
5.3. 비틀림 상수
5.4. 비틀림 진자
6. 결과 분석
7. 토의
8. 적용 사례
9. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 목적
본 실험의 목적은 열량계를 사용하여 혼합 방법에 의한 고체의 비열을 측정하는 것이다. 실험을 통해 열량 계산 및 고체의 비열 구하는 법을 익히고, 실험값과 이론값을 비교하여 실험 결과의 신뢰성을 검증하고자 한다.
열량계 내부에 일정량의 물과 용기가 존재할 때, 특정 온도로 가열된 고체를 넣으면 열적 평형 상태에 도달한다. 열의 이동은 고체에서 물과 용기로 전달되며, 이때 열량의 보존 법칙에 따라 고체의 온도 강하량이 물과 용기의 온도 상승량과 같다. 이를 통해 고체의 비열을 구할 수 있다.
실험에서는 고체의 질량, 가열 온도, 열량계 온도 등을 측정하고, 열량 계산식을 이용하여 고체의 비열을 계산한다. 이 값을 이론값과 비교하여 실험 결과의 신뢰성을 확인한다.
실험에 사용되는 주요 기기는 열량계, 시료 가열기, 증기 발생기, 디지털 온도계 및 열전소자 등이다. 시료로는 황동, 철, 알루미늄 등 다양한 고체 물질을 사용한다. 열량 측정을 위한 실험 장치 구성과 사용 방법을 숙지하여 실험을 진행한다.
1. 시료, 열량계 용기, 물의 질량을 각각 측정한다.
2. 시료를 시료 가열기로 간접 가열하여 약 90°C 까지 온도를 올린다.
3. 열량계에 담긴 물의 초기 온도를 측정한다.
4. 가열된 시료를 열량계 용기 속 물에 넣고 교반기로 저어 온도 변화를 관찰한다.
5. 온도가 최대값에 도달한 후 감소하는 지점을 최종 온도로 결정한다.
6. 시료, 용기, 물의 질량과 온도 변화를 이용하여 고체 시료의 비열을 계산한다.
7. 측정한 비열 값과 문헌값을 비교하여 오차율을 분석한다.
8. 다른 종류의 시료에 대해 실험을 반복 수행한다.
- 막대형 물리 진자를 이용하여 회전축과 질량중심 사이의 거리 d에 따른 주기 변화를 관찰하였다.
- 다양한 d 값에 대한 실험을 통해 이론식 T = 2π√((L^2 + 12d^2)/(12gd))이 실험값과 잘 일치함을 확인하였다.
- 주기가 최소가 되는 d값은 이론적으로 L/2√3, 실험에서는 약 0.144 m로 나타났다.
- 원판형 물리 진자를 이용하여 회전축과 질량중심 사이의 거리 d에 따른 주기 변화를 관찰하였다.
- 이론식 T = 2π√((R^2 + 2d^2)/(2gd))을 통해 실험값과 이론값이 잘 일치함을 확인하였다.
- 주기가 최소가 되는 d값은 이론적으로 R/√2, 실험에서는 약 0.07 m로 나타났다.
- 굵기가 다른 철사 3종류의 비틀림 상수를 측정하였다.
- 최소자승법을 통해 철사의 비틀림 각도와 복원력의 그래프가 선형 관계임을 확인하였다.
- 철사의 굵기가 두꺼울수록 비틀림 상수가 크게 측정되었다.
- 원판 강체와 철사로 구성된 비틀림 진자의 주기를 측정하였다.
- 이론식 T = 2π√(I/κ)을 통해 실험값과 이론값이 잘 일치함을 확인하였다.
전반적으로 실험 결과는 이론값과 잘 부합하는 것으로 나타났다. 물리 진자와 비틀림 진자의 경우, 실험값과 이론값의 오차율이 모두 4% 미만으로 나타났다. 다만 실험 과정에서 공기 저항, 마찰력, 측정 오차 등의 요인으로 인해 완벽한 일치는 어려웠다.
실험 결과의 오차...
참고 자료
Hugh D. Young, Roger A. Freedman - University Physics with Modern Physics (15th Edition) (2019, Pearson)
14.6 The Physical Pendulum (p.447~438)
14.7 Damped Oscillations (p.449~p.450)
연세대학교 물리실험실(http://phylab.yonsei.ac.kr/)
공학물리실험 (북스힐)
최신대학물리학 (Raymond A. Serway, John W. Jewett) (북스힐)
자유낙하 운동과 포물체 운동, General Physics Labs, 연세대학교 물리학과
실험보고서 작성법 06: 오차와 오차해석 (https://soma0sd.tistory.com/77)
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