본문내용
1. 비중 및 밀도 측정
1.1. 실험 목적
이번 실험의 목적은 밀도와 비중에 대해 알고 이를 실험하여 실제로 측정해보는 것이다. 밀도는 단위부피당 질량을 의미하며, 물질마다 고유한 값을 가지게 된다. 비중은 어떤 물질의 밀도를 표준물질의 밀도로 나눈 것으로, 부피가 같은 표준시료와의 질량비를 나타내는 무차원량이다. 이번 실험에서는 물질에 따른 이론밀도, 겉보기밀도, 벌크밀도, 충진밀도의 차이와 온도 변화에 따른 밀도 및 비중 변화를 측정하여 이해하고자 한다.
1.2. 실험 원리
1.2.1. 밀도와 비중의 정의
밀도는 질량을 부피로 나눈 값으로, 물질마다 고유한 값을 가진다. 즉, 단위부피당 질량이다. 한편 비중은 어떤 물질의 밀도를 표준물질의 밀도로 나눈 무차원량이다. 고체와 액체는 섭씨 4도, 표준 대기압에서의 물의 밀도를, 기체는 섭씨 0도, 표준 대기압에서의 공기의 밀도를 표준으로 사용한다.
비중은 {물체의 무게} / {같은 부피의 표준물질(물) 무게}로 정의되며, 밀도는 {물체의 무게} / {같은 부피의 t도 물의 무게} × t도 물의 밀도로 정의된다. 따라서 비중은 밀도를 표준물질의 밀도로 나눈 무차원량이라 할 수 있다.
1.2.2. 이론밀도, 겉보기밀도, 벌크밀도, 충진밀도
이론밀도, 겉보기밀도, 벌크밀도, 충진밀도는 물질의 밀도를 측정할 때 중요하게 고려해야 하는 개념들이다.
이론밀도는 물질 내부에 닫힌 기공(pore)과 외부로 드러난 열린 기공을 모두 제외한 상태에서 측정한 밀도이다. 즉, 물질 내부의 빈 공간을 제외한 순수한 밀도를 의미한다.
겉보기밀도는 열린 기공만을 제외하고 측정한 밀도이다. 따라서 겉보기밀도는 이론밀도보다 작은 값을 가지며, 물질의 실제 사용 시 더 중요한 의미를 지닌다.
벌크밀도는 닫힌 기공과 열린 기공을 모두 포함한 상태에서 측정한 밀도이다. 따라서 벌크밀도는 이론밀도와 겉보기밀도 사이의 값을 가지며, 물질의 전체적인 부피와 질량 관계를 나타낸다.
충진밀도는 전체 부피 중에서 물질이 차지하는 부피의 비율을 나타낸다. 충진밀도는 물질의 입자크기, 형태, 배열 등에 따라 달라지며, 이는 물질의 유동성이나 압축성 등에 영향을 미친다.
이처럼 이론밀도, 겉보기밀도, 벌크밀도, 충진밀도는 물질의 밀도를 보다 정확하게 나타내기 위해 고려해야 하는 중요한 개념들이다.
1.3. 실험 기구 및 시약
실험 기구 및 시약은 다음과 같다.
전자저울, 피펫, 눈금실린더, 비커, 비중계를 사용하여 실험을 진행하였다. 시약으로는 증류수, 메탄올, 에탄올을 사용하였다.
증류수는 밀도 1g/cm3, 분자량 18.01528g/mol의 특성을 가지고 있다. 메탄올은 밀도 0.7918 g/cm3, 분자량 32.04g/mol의 특성을 가지고 있다. 에탄올은 밀도 0.789g/cm3, 분자량 46.07g/mol의 특성을 가지고 있다.
이러한 실험 기구와 시약을 활용하여 밀도와 비중을 측정하는 실험을 수행하였다.
1.4. 실험 방법
1.4.1. 비중계를 이용한 측정
비중계를 이용한 측정은 다음과 같다.
비중계를 이용하여 시료의 비중을 측정하는 것은 가장 일반적인 방법 중 하나이다. 비중계에는 밀도 눈금이 매겨진 것도 있으며, 원칙적으로는 4°C의 물을 표준으로 한 비중을 15°C에서 정확하게 나타내게 되어있다.
먼저 항온조를 측정할 온도에 맞춰놓는다. 그리고 측정시료인 메탄올과 에탄올의 농도를 99.5%, 50%, 25%, 10%로 만든다. 이어서 사용할 비중계의 무게를 모두 측정하고, 표준시료인 증류수의 질량을 측정한다. 이와 같은 방법으로 측정시료의 질량도 측정한다.
마지막으로 측정한 값들을 이용하여 비중과 밀도를 계산한다. 비중은 어떤 물체의 무게를 그와 같은 부피의 4°C 때 물의 무게로 나눈 값이며, 밀도는 물체의 무게를 물체와 같은 부피의 t°C 때 물의 무게에 t°C 때 물의 밀도를 곱한 값이다.
1.5. 실험 결과
1.5.1. 증류수, 메탄올, 에탄올의 밀도 및 비중 측정
실험 결과를 보면, 증류수의 밀도는 상온(약 25°C)에서 0.99823 g/cm³이었고, 메탄올의 밀도는 0.7918 g/cm³, 에탄올의 밀도는 0.789 g/cm³로 나타났다. 이를 통해 증류수의 밀도가 ...
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