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1. 얼음의 융해열 측정
1.1. 실험 목적
얼음의 융해열 측정 실험의 목적은 고체가 액체로 녹을 때 흡수되는 열량, 즉 융해열을 물 열량계를 이용하여 혼합법으로 근사적으로 측정하는 것이다.
고체가 액체로 녹을 때 흡수되는 열량인 융해열은 물질에 따라 다르게 나타나는데, 이는 분자 간 인력의 강도와 관련이 있다. 얼음은 수많은 고체 물질 중에서 융해열이 비교적 큰 편이다.
융해열 측정 실험은 간이 칼로리미터를 제작하여 증류수와 얼음을 혼합한 후 초기 온도와 최종 평형 온도를 측정하고, 열량 관계식을 이용하여 얼음의 융해열을 계산하는 방식으로 진행된다. 실험에 사용되는 주요 기구로는 폴리에틸렌 컵, 교반봉, 마개 등이 있다.
이 실험을 통해 물질의 고유한 상수인 융해열의 개념을 이해하고, 실험 데이터를 분석하여 얼음의 융해열 값을 도출할 수 있다. 또한 실험 과정에서 발생할 수 있는 오차 요인을 파악하고, 이를 개선하기 위한 방안을 모색할 수 있다. 결과적으로 이 실험은 상변화 시 발생하는 열 현상을 이해하는 데 도움이 될 것이다.
1.2. 실험 이론
융해열이란 고체가 녹는점에서 액화하는데 필요한 열량이다. 순수한 고체를 가열하여 온도가 상승하여 녹는점에 이르게 되면 온도는 일정하게 유지되면서 이후에 가해지는 열은 주로 그 고체의 융해에 쓰이고, 전체 고체가 완전히 액화된 후 온도가 다시 상승하기 시작한다. 이 사이에 필요로 하는 열은 이른바 숨은열로서 융해열이라고 한다. 보통 고체 1g을 녹는점에서 액화시키는데 필요한 열량으로 나타내며, 고체 1mol에 대한 융해열을 몰융해열이라고 한다. 다르게 설명하자면 온도를 바꾸지 않은 상태에서 1g의 고체를 융해하여 액체로 바꾸는 데 소요되는 열에너지를 말한다. 녹는점에서 고체 물질 1g을 융해시키는 데 필요한 열에너지로 분자 사이의 인력이 강할수록 큰 값을 갖는다. 바꾸어 말하면 융해하고 있는 고체가 1g당 외부로부터 빼앗는 열에 해당하며, 액체가 고체로 응고할 때는 이것과 같은 양의 열에너지가 외부로 방출된다. 물질마다 정해진 고유값으로서 상수 중 하나이다. 예를 들면 0℃의 얼음이 녹아 0℃의 물이 되는 과정을 융해라 하는데, 얼음이 융해하기 시작하는 온도를 융해점이라 하고 물의 경우에는 0℃가 된다. 또 융해점에서 단위 질량의 얼음이 융해해야 같은 온도의 액체로 되는데 이때 필요한 열량이 융해열이다. 얼음의 융해열은 약 80kcal로, 이것은 많은 물질의 융해열 중에서도 비교적 큰 편이다.
1.3. 실험 방법
폴리에틸렌 컵과 1ℓ비커를 이용하여 간이 칼로리미터를 만든다. 60mL의 증류수를 메스실린더에 취하고 온도를 정확히 측정한다. 100mL비커의 무게를 정확히 측정한다. 얼음조각 2조각...
