본문내용
1. 탄산 유지 장치
1.1. 과제의 목적
탄산음료의 장점은 마셨을 때 느낄 수 있는 짜릿함과 청량함이다. 하지만 이러한 특성은 탄산음료의 개봉 직후에만 유지되며, 시간이 지날수록 점점 사라지게 된다. 그 이유는 탄산음료 제조 시 음료 내에 용해된 이산화탄소(CO2)가 음료 개봉 후 대기압과 균형을 맞추기 위해 빠져나가기 때문이다.
따라서 이 과제의 목적은 탄산음료의 탄산이 오랫동안 유지될 수 있는 장치를 개발하는 것이다. 이를 통해 탄산음료의 고유한 맛과 향을 더 오랫동안 즐길 수 있도록 하는 것이다.
1.2. 과제의 필요성
제품을 구상하고 제작하는 과정에서 용해도와 같은 기초과학의 원리를 이해할 수 있게 되면서 여러 기초과학의 원리를 이해할 수 있고, 탄산을 덜 빠지게 하면 대용량 페트병 하나만 구매해도 되니 500ml 페트병을 여러 개 구매하는 것보다 쓰레기 배출량을 줄여 환경 보존에 이바지할 수 있다. 또한, 500ml 용량의 탄산음료를 여러 병 사는 것보다 1.2L와 같은 대용량의 탄산음료를 사는 것이 훨씬 경제적이라고 할 수 있다."
1.3. 과제의 구성도 및 원리
탄산 유지 장치의 구성도 및 원리는 다음과 같다.
과제의 구성도는 스위치, 건전지, 가압 펌프로 이루어져 있다. 스위치는 탄산 유지 장치의 작동을 제어하며, 건전지는 가압펌프에 필요한 전압을 공급한다. 가압 펌프는 탄산음료의 탄산을 유지시키기 위해 페트병 내부의 압력을 주변 대기압보다 높게 유지시켜주는 역할을 한다.
과제의 원리는 기체의 용해도 특성을 이용한 것이다. 일반적으로 압력이 높을수록, 온도가 낮을수록 기체의 용해도가 증가한다. 탄산음료 제조 과정에서 페트병 내부에 3~4기압의 높은 압력이 형성되지만, 소비자가 뚜껑을 열면서 페트병 내부의 높은 기압이 주변 대기압과 같아지게 된다. 그 결과 질량이 높은 탄산가스가 상승하여 액체에서 탈출하면서 탄산이 빠지게 된다.
이에 탄산유지장치는 가압펌프를 이용하여 지속적으로 페트병 내부의 기압을 높임으로써 기체의 용해도 조건을 충족시켜, 탄산이 빠져나가는 것을 방지하고자 한다. 이를 통해 탄산음료에 담겨 있는 탄산이 더욱 오랫동안 유지될 수 있도록 하는 것이 이 장치의 목적이다.
1.4. 과제의 최종목표
과제의 최종목표는 네 가지로 볼 수 있다.
첫째, 기초과학의 이해이다. 탄산을 유지하기 위한 과학적 원리를 찾고 이를 공부하여 이해하는 것을 통해 과학적 지식을 높이고자 한다. 용해도와 같은 기초과학의 원리를 이해하면서 여러 기초과학의 원리를 습득할 수 있게 되는 것이다.
둘째, 탄산의 짜릿함과 청량함 보존이다. 탄산음료를 개봉한 후 시간이 다소 흐른 뒤에도 탄산음료의 톡 쏘는 맛을 느낄 수 있도록 하는 것이 목표이다.
셋째, 환경 보호이다. 500ml 페트병을 여러 개 구매하는 것보다 쓰레기 배출량을 줄여 환경 보호에 이바지할 수 있다.
넷째, 경제적 절약이다. 500ml 용량의 페트병은 약 2000원으로 100ml 당 400원이지만 1.5L 용량의 페트병은 약 3400원으로 100ml 당 220원으로 경제적으로 효율적이다. 따라서 대용량 페트병 구매를 통해 경제적 절감효과를 얻을 수 있다.
즉, 이 과제를 통해 기초과학 지식의 향상, 탄산음료의 맛 보존, 환경 보호, 경제적 절감이라는 네 가지 목표를 달성하고자 한다.
2. 과제 수행 전 검토 사항
2.1. 설계 사양 결정
페트병 내부의 탄산이온이 공기 중으로 날아가지 않게 하기 위해 페트병의 기압을 높이는 방법을 선택하였고 그 방법으로 가압 에어 펌프를 사용하기로 하였다.""
가압 에어 펌프와 건전지, 스위치를 담는 틀로써 얼음틀을 준비하였고 얼음틀 내에 있는 가압 에어 펌프로부터 공기를 주입할 수 있도록 얼음틀의 바닥에 구멍을 뚫어서 가압 에어 펌프를 설치하도록 설계하였다.""
가압 에어 펌프를 뚫은 구멍에 넣더라도 공기는 작은 틈으로도 빠져나갈 수 있기에 글루건을 통해 마감을 하여 가압 에어 펌프와 얼음틀 사이에 틈이 없도록 하였다.""
가압 에어 펌프에서 페트병 뚜껑에 구멍을 뚫어 바로 공기를 주입하는 것은 틈으로 빠져나갈 위험이 있고 거리도 멀기에 가압 펌프의 노즐에 튜브를 연결하여 분출된 공기가 페트병에 들어갈 수 있게 설계하였다.""
2.2. 이론 해석
탄산 유지 장치의 이론 해석은 기체의 용해도에 대한 원리를 중심으로 한다.""
용해도의 원리란 온도가 낮을수록 기체 분자의 운동이 덜 활발해져 액체 분자의 운동과 비슷해지는 것을 말한다."" 이에 따라 액체 분자와 기체 분자가 잘 섞여 기체의 용해도가 높아지게 된다."" 또한 압력이 높을수록 기체 분자가 용액 밖으로 탈출하는 것을 막아 줄 수 있기 때문에, 압력이 높을수록 기체의 용해도는 증가하게 된다.""
따라서 탄산 유지 장치는 온도 조건을 충족시키기 위해 냉장고에...
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