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일물실, 기타 실험 과목 A+의 보고서입니다

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단위조작실험 흡수탑 결과 보고서

흡수탑실험일자2025. 05. 07.(화)실험실온 도22℃습도%1. 실험실습 제목:흡수탑2. 실험 목적본 실험은 CO₂-공기 혼합기체를 NaOH 수용액과 접촉시켜 흡수탑에서의 기상-액상 간 물질전달 현상을 관찰하고, 탑 상·하부에서의 농도 차이를 바탕으로 몰 유속, 몰분율 및 흡수 효율 등을 계산하는 것을 목적으로 한다. 또한 조작변수(기체 유량, 액체 유량 등)에 따른 흡수 성능의 변화를 파악함으로써 실제 공정에서의 흡수탑 설계 및 운전 조건에 대해 이해한다.3. 실험 이론가. 기체 흡수기체 흡수는 가용성 기체와 불용성 기체 혼합물에서 가용성 기체를 액체에 용해시켜 분리 제거하는 물질전달 조작을 말한다. 오염된 배출기체를 액상 흡수제와 접촉시켜 배출기체 중의 오염 성분을 제거하거나, 생물학적 폐수처리 공정에서 산소를 물에 용해시키는 조작이 전형적인 예이다.액체에 용해되는 기체의 양은 기체와 액체의 성질, 계의 온도와 압력, 흐름의 난류도 및 장치에 사용되는 충전물의 종류 등에 의존한다. Dalton의 분압법칙으로 알 수 있는 바와 같이 기체의 용해도는 그 자체의 분압에 의존하기 때문에, 기체의 용해도는 실질적으로 다른 기체의 존재에는 거의 영향을 받지 않는다.나. 충전탑 (Packed tower)탑 내에 충전물을 적당한 높이까지 충전하고 탑 내에 흡수액을 균일 분산하는 액분배기를 달아 흡수액과 가스를 향류 또는 병류접촉시켜서 유해가스의 흡수나 집진을 행하는 장치다. 충전물의 양이 다량이 될 경우, 적당한 간격으로 보존판을 설치해 이 보존판에 액분산의 역할을 시킨다.충전흡수탑의 지름은 취급되는 기체와 액체의 양, 그들의 성질 및 다른 흐름에 대한 한 흐름의 비에 관계된다. 탑의 높이, 즉 충전물의 충 부피는 원하는 농도변화의 크기와 단위충전층 부피당 물질전달속도에 관계된다. 그러므로 탑 높이의 계산은 물질 수지, 엔탈피수지 및 구동력과 물질전달 계수의 계산에 기초를 두고 있다.다. 그림 2 충전 흡수탑의 물질수지 선도충전 흡수탑 물질 수지총괄수지:L _{a} 흘러갈수록 기체 유량 V는 감소하고 액체 흐름 L은 증가한다. 따라서 조작선은 약간 곡선으로 나타난다. 가용 성분을 10% 이하 함유하는 기체 혼합물에 대해서는 유량 변화의 영향을 무시하고 보통 평균 유량을 사용하여 설계한다.그림 3 충전 흡수탑의 미분 물질수지 선도그림 3과 같이 단면적이 S인 충전층의 탑 상부로부터 Z의 거리에 높이 dZ인 미소부분에서 기체이 농도가 희박할 경우 흡수속도dn _{A} `[mol/h]는 다음과 같이 나타낼 수 있다.기상:dn _{A} =Vdy=K _{y} a(y-y ^{*} )SdZ```````(식`4)#액상:dn _{A} =Ldx=K _{x} a(x ^{*} -x)SdZ`````(식`5)여기서, a는 충전층 단위 부피당 기-액 접촉면적[m ^{2} /m ^{3}]을 나타내며,K _{y} a와`K _{x} a는 각각 기상과 액상에서 총괄용량계수[mol/m ^{3} `h]라 한다.y ^{*}는 조성이x인 액상과 평형 상태에 있는 기상의 조성,x*는 조성이y인 기상과 평형상태에 있는 액상의 조성으로 Henrry 상수를 이용하여 구한다.탑 내에서V,`L 및 용량 계수가 일정하다고 가정하고 (식 4)를 적분하면Z _{T} = {V/S} over {K _{y} a} int _{y _{a}} ^{y _{b}} {{dy} over {y-y*}} ``````(식`6)(식 6)에서 적분 값은 무차원으로 전달단위 수(number of transfer units:NTU)라 하고 다른 부분은 길이의 차원으로 전달단위 높이(height of a transfer unit:HTU)라 한다.N _{oy} = int _{y _{a}} ^{y _{b}} {{dy} over {y-y*} ```} ```(식``7)H _{oy} = {V/S} over {K _{y} a~} ````(식```8)따라서 기체흡수 조작에 필요한 충전탑의 높이는Z _{T} =H _{oy} N _{oy} ```(식``9) 으로 나타낼 수 있다.전달 단위 수는 도식 적분으로 이용하여 구할 -y _{b} *)-(y _{a} -y _{a} *)} over {ln[(y _{b} -y _{b} *)/(y _{a} -y _{a} *)]} ````(식`11)순수한 탄산가스를 물에 흡수시킬 경우에는 기상저항을 무시할 수 있으므로 액상 농도를 기준으로 한 다음 식을 이용한다.Z _{T} =H _{ox} N _{ox} ```(식`12)#H _{ox} = {L/S} over {K _{x} a} ```````(식`13)#N _{ox} = int _{x _{a}} ^{x _{b}} {{dx} over {x*-x} = {x _{b} -x _{a}} over {{bar{TRIANGLE x _{L}}}} ````(식`14)}{bar{TRIANGLE x _{L}}} = {TRIANGLE x _{b} - TRIANGLE x _{a}} over {ln( TRIANGLE x _{b} / TRIANGLE x _{a} )} = {(x _{b} *-x _{b} )-(x _{a} *-x _{a} )} over {ln[(x _{b} *-x _{b} )/(x _{a} *-x _{a} )]}따라서 충전탑의 높이는 평형선과 조작선으로부터N _{oy`} 나`N _{ox}를 결정하고 문헌이나 물질선달 상관관계로부터H _{oy} (또는`H _{ox} )를 구하여 (식 9) 또는 (식 13)을 이용하면 계산할 수 있다. 기체의 농도가 농후할 경우에는 유량이 변하기 때문에 탑 상단과 하단에서 V와 L 및 용량계수의 평균값을 이용하여H _{oy} (또는`H _{ox} )를 구한다.4. 실험 장치도5. 실험에 필요한 시약 및 기구가. 흡수탑, 메스 플라스크, 삼각 플라스크, 뷰렛, 클램프, 압축기나. 증류수,CO _{2}, 페놀프탈레인, 0.1M NaOH6. 실험 방법_기체 흡수 실험① VR-1과 VR-2로 혼합비율을 조절한 공기와 탄산가스 혼합기체를 탑 내에 흐르게 한다.② VR-3를 열고 펌프를 작동시켜 물을 탑 상부에 일정한 유속으로 공급한다.③ 기체와 액체 각 유량이 안정화되고 탑 내의 흡수가 태 및 눈금을 지속적으로 확인한다.? 항상 적절한 안전 조치(물 트랩, 입자 필터 및 습도 필터)와 함께CO _{2} 미터를 사용해야한다.8. 실험 결과Trial123456water (L/min)0.3870.3870.3871.1611.1611.161air (%)402020402020air (L/min)321616321616CO _{2} (%)202040202040CO _{2} L/min4.84.89.64.84.89.6G (L/min)36.820.825.636.820.825.6y _{1}_이론0.13040.23080.37500.13040.23080.3750y _{1}_측정B0.1330.2340.3370.1470.2480.337y _{2}_측정T0.1210.20.3110.1390.2060.333V _{NaOH} (ml)4.37.310.74.47.411.3M _{sample} (mol/L)0.002150.003650.005350.00220.00370.00565n _{solute} (mol)0.0002150.0003650.0005350.000220.000370.000565x _{2}1.1410851.827391.7198970.2535750.7524550.0882N (mol/s)0.0008320.0014130.0020700.0025540.0042960.006560P _{i}0.1330.2340.3370.1470.2480.337P _{o}0.1210.20.3110.1390.2060.333K _{L}(mol/(s*m^2 *atm))0.0024190.0024070.0023590.0065920.0070020.0072241. 공기 유량 :0.8 TIMES (%flow)2. 이산화탄소 유량 :0.24TIMES(%flow)3. 혼합기체의 유량(G) : 공기 유량 + 이산화탄소 유량M _{sample}=0.5 bullet {V_NaOH bulletM_NaOH } overV_sample4. (이때,M _{NaOH}=0.1mol/L,V_sample =0.1L,V_NaOH는 측정값)5. (y _{1} -y _{2} )=M _{sample} TIMES Q _{H _{2} O}K_L = N over {a BULLET A bullet H} bullet {ln(P_i /P_o )}over{(P_i - P_o )}8-1. 계산식Trial 1.1. 공기유량:0.8*40=322. 이산화탄소유량:0.24*20=4.2M _{sample`} =0.5* {0.1*0.0043} over {0.1} =0.00215x _{2} = {36.8(0.133-0.121)} over {0.387} =1.141085N=0.00215*0.387=0.00083205K _{L} = {0.0083205} over {440*0.0044*1.4} * {ln(0.133/0.121)} over {(0.133-0.121)} =0.002419Trial 4.1. 공기유량:0.8*40=322. 이산화탄소유량:0.24*20=4.2M _{sample`} =0.5* {0.1*0.0044} over {0.1} =0.0022x _{2} = {36.8(0.147-0.139)} over {1.161} =0.253575N=1.161*0.0022=0.002554K _{L} = {0.002554} over {440*0.0044*1.4} * {ln(0.147/0.139)} over {(0.147-0.139)} =0.0065926.9. 고찰 및 결론본 실험은 이론값이 존재하지 않아 도출한 실험값과의 정량적인 수치 비교가 어렵지만, 1,2,3 번 실험에서x _{2} 값이 1를 넘는 것으로 보아 오차가 발생하였음을 알 수 있었고 실험 환경에서 발생할 수 있는 주요 오차 요인들에 대해 분석하였다.첫째, 이산화탄소의 농도와 유량을 설정하는 과정에서 정확도가 떨어졌으며, 유량을 일정하게 유지하는 데에도 한계가 있었다. 둘째, 탑 하단 부분의 수위를 일정하게 유지하기 위해 지속적으로 관찰하며 조절했으나 실험 중 일시적으로 적절한 범위를 벗어났다. 이에 따라 유체 흐름이 불안정해지거나, 물질 전달에 영향을 주는 등 오차가 발생했을 다.

공학/기술| 2025.05.19| 7페이지| 2,500원| 조회(63)

결과보고서, 흡수탑, 단위조작실험

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화공기초실험-액체의 점도 측정 실험

결과보고서3. 액체의 점도 측정1. 실험실습 제목: 액체의 점도 측정2. 실험 목적? Ostwald 점도계를 사용하여 저점도 액체의 점도를 측정하고, 농도와 점도간의 관계를 알아본다.? 고체 구가 액체에서 중력에 의해 침강하는 공 낙하법을 활용하여 고점도 액체의 점도를 측정한다.3. 실험 이론 (실험에 필요한 이론을 중심으로 예비보고서 작성)1. 점도(Viscosity)? 점도유체가 가지고 있는 고유한 특성으로 끈적끈적한 정도를 나타내며 유체 요소들이 부분적으로 달라붙는 성질을 말한다. 이는 유체가 흐를 때 마찰저항(friction resistance)을 일으킨다. 즉, 점도란 전단응력에 대한 유체 저항의 크기이다.? Newton’s viscosity law (마찰법칙)그림 2https://www.chemi-in.com/581거리가 y만큼 떨어져있고, 면적이 A인 두 평판 사이 유체가 흐르고 있다고 가정할 때, 아래의 평판이 고정되어 있다면 상단의 평판이 어떠한 힘 F에 의해 x축 방향으로 이동한다. (이 때 상단 평판은 일정한 속도 v로 이동) 이 상황에서 상단평판은 유체의 마찰로 인해 x 방향의 속도 v에 대해 저항하는 힘이 생기며 상단평판과 하단평판 사이에 속도 구배({du} over {dy})가 생기게 된다. 이 때 힘을 전단응력(tau)라고 하며 이 관계에 대한 수식을 다음과 같이 표현할 수 있다.tau PROPTO {du} over {dy} (식 3.1)점성 계수를 이용해 (식 3.1)를 다시 정의한다면 다음과 같다.tau=mu {du} over {dy} (식 3.2)(식 3.2)가 바로 Newon’s law of viscosity로 알려진 관계식이다.또한, 전단응력도 응력의 종류이기 때문에 힘/면적 (tau=F/A)으로 나타낼 수 있다. 따라서 다음 관계식을 만족한다.F=mu`A` {du} over {dy} (식 3.3)(식 3.2), (식 3.3)을 해석보았을 때, 속도(u)가 빠를수록, 유체와 접촉하는 면적(A)가 넓을수록 이동판을 움직이기 위대해서 Poiseuille의 식이 성립한다. 그러나 실험적으로 점도의 절대치를 구하는 것은 곤란하므로 일반적으로는 증류수를 표준물질로써 동일 모관내를 중력에 의해 유하하는 시료의 비점도(상대점도)로 나타낸다.단위 시간당 흘러간 유량(Q)은 압력구배 ({triangle`P} over {L})에 비례한다.(Poiseuille’s law)Q= TRIANGLE `V= {pi `r ^{4}} over {8`eta} {TRIANGLE P} over {L} (식 3.4)Equation of motionViscous force=gravitational force + pressutre forceF _{vis,t} =(F _{vis} ) _{outer} -(F _{vis} ) _{IN != r} =2 pi (r+dr)L eta ( {dv} over {dr} ) _{r+dr} -2 pi rL eta ( {dv} over {dr} ) _{r}#( {dv} over {dr} ) _{r+dr} -( {dv} over {dr} ) _{r} =( {d ^{2} v} over {dr ^{2}} )dr#F _{vis,t} =2 pi (r+dr)L eta LEFT [ ( {dv} over {dr} )+( {d ^{2} v} over {dr ^{2}} )dr RIGHT ] -2 pi rL eta ( {dv} over {dr} ) _{r}#`````````````````````=2 pi rL eta dr {d} over {dr} (r {dv} over {dr} )`````````````->eta {d} over {dr} (d {dv} over {dr} )=( rho g+ {TRIANGLE p} over {L} )rdrIntegration 0 to rr=R인 관 벽에서v=0RARROW eta v= {1} over {2} ( rho g+ {TRIANGLE p} over {L} )(R ^{2} -r ^{2} ) {1} over {2} ` rarrow `v= {1} over {4 eta } ( rho g 측정하려고 하는 시료 액체 속에 일장한 거리를 낙하시켜 걸리는 시간을 측정하여 구한다. 이 때, 낙하하는 공은 공의 지름보다 훨씬 큰 지름의 기둥에 담긴 액체를 통과해야한다. 그렇지 않으면 거의 정지 상태로 있는 벽에 가까운 유체층이 낙하하는 공을 “잡아끄는” 효과가 생겨 부정확해진다.? 계산식 유도Equation of motionViscous forcef=6` pi r eta v`(v= {triangle`y} over {TRIANGLE `t} ){4} over {3} pi r ^{3} ( rho - rho _{0} )g=6pir eta v (F _{g} +F _{b} =Viscous`F)eta = {2R ^{2} g TRIANGLE rho } over {9v} (식 3.7)=>eta _{1} = {TRIANGLE ` rho _{1} ` TRIANGLE `t _{1}} over {TRIANGLE `rho _{2`} ` TRIANGLE `t _{2}} eta _{2}4. 실험 장치도그림 6 낙구 점도계그림 5 Ostwald 점도계5. 실험에 필요한 시약 및 기구? 저점도 측정 시Ostwald 점도계, 투시형 항온조, 써큘레이터, 초시계, 저울, 에탄올, 증류수, 피펫, 피 펫휠러, 온도계? 고점도 측정 시글리세린(기준물질), 측정할 고점도 용액, 낙하구, 버니어켈리퍼, 아크릴원형통, 초시계6. 실험 방법- 저점도 측정 시 실험 방법 (오스왈트 점도계 실험)① 증류수와 ethanol 수용액(10%, 30%, 50%, 70%, 95%)를 각 20ml 준비한다.② 일정한 온도의 항온조를 25DEG C로 설정하고, 온도계로 온도를 확인한다.③ 피펫으로 일정한 체적(10ml)의 측정용액을 채취하여 점도계 c로 주입하고 약 10분간항온조에 방치한다.④ 관구 e에서 d 내의 증류수를 흡입하여 액면의 높이를 눈금 a 상단으로 오게한다.⑤ 증류수를 그대로 흘려보내 액면이 a, b를 통과하는 시간을 각 용액별로 2~3회씩 측정하여 평균치를 구한다.⑥ 같은 방법으로 조제한 각 시 유하시간t[s]밀도[g/㎤]점도[cp]H{}_{2}O2524.790.9970.8949EtOH 10%2536.010.989841.0910EtOH 30%2560.760.9589511.6991EtOH 50%2573.330.909852.0205EtOH 70%2568.580.8681731.7947EtOH 95%2542.850.799911.1950(식 3.6)에 대입하여 에탄올의 점도를 구하기 (rho _{2} =0.997`g/cm ^{3} `,`eta _{2} =0.8949*10 ^{-2} g/cm BULLET s`)EtOH 10%{0.98984*36.38} over {0.997*29.62667} *0.8949=1.090999EtOH 30%{0.958951*58.48333} over {0.997*29.62667} *0.8949=1.699123EtOH 50%{0.90985*73.29667} over {0.997*29.62667} *0.8949=2.020462EtOH 70%{0.8681734*68.23333} over {0.997*29.62667} *0.8949=1.794732EtOH 95%{0.79991*49.31} over {0.997*29.62667} *0.8949=1.195013*오차율에탄올수용액농도(wt%)0wt%10wt%30wt%50wt%70wt%95wt%문헌값(cp)0.89491.3512.1012.3902.1591.1520실험값(cp)0.89491.0911.69912.02051.79471.1950오차율(%)019.24519.12915.46016.8743.733*저점도 실험값-문헌값 비교2. 고체구 침강 방법(고점도) 실험 결과낙하구의 물성치 측정 (6개 평균값)no종류지름[cm]부피[cm^3]질량[g]밀도[g/cm^3]A-1쇠구슬 10.15830.0020780.0139336.7039A-2쇠구슬 20.29070.0128580.1117838.6934A-3쇠구슬 30.59870.1123450.8890177.91327B-1유리구슬 10.16530.0023660.001g/cm BULLET s} =1361.93cpmu _{B-1} = {2(0.08267cm) ^{2} (2.36651-1.2587g/cm ^{3} )(981cm/s ^{2} )} over {9(0.15197cm/s)} TIMES {100cp} over {1g/cm BULLET s} =1085.97cpmu _{B-2} = {2(0.1535cm) ^{2} (2.57425-1.2587g/cm ^{3} )(981cm/s ^{2} )} over {9(0.5365cm/s)} TIMES {100cp} over {1g/cm BULLET s} =1259.55cpmu _{B-3} = {2(030733cm) ^{2} (2.41991-1.2587g/cm ^{3} )(981cm/s ^{2} )} over {9(1.98983cm/s)} TIMES {100cp} over {1g/cm BULLET s} =1201.63cp계산한mu값 중 가장 큰 실험치와 가장 작은 실험치를 제하고 평균을 구한다.mu _{avg} = {1146.25+1329.02+1259.55+1201.63} over {4} =1234.11cp*글리세린 이론값 구하기그림 8 글리세린 농도별 점도표http://edge.rit.edu/edge/P13051/public/Research%20Notes/Density%20of%20Aqueous%20Glycerol%20Solutions.pdf그림 9 99% 글리세린 온도별 점도위 표를 이용해 그래프를 그려 추세선을 구하여 99% 글리세린 18CENTIGRADE 에서의 점도를 계산한다.*오차율이론값(cP)실험값(mu _{avg}) (cP)오차율 (%)1331.44131234.117.3010{vert 1331.4413-1234.11vert } over {1331.4413} *100=7.30109. 고찰 및 결론? 오차 원인 분석Ostwald 점도계- 시간을 측정하는 과정에서 오차가 발생할 수 있다.유하 시간을 육안으로 관찰하며 측정하였기 때문에 오차가 발생했을 것이다.- 일정한 온도를 유다

자연과학| 2025.05.19| 12페이지| 2,500원| 조회(88)

화공기초실험, 오스왈드, 액체의점도측정, 낙구점도계

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<일반 물리학 실험> 길이 측정 실험 보고서

길이 측정 실험 보고서학 과학 번이 름분 반실험조실험날짜1) 실험 목적몇 가지 정밀 측정기를 써서 물체의 길이, 중공 원통의 내경 및 외경, 철선의 직경 등을측정한다.2) 실험 기구버니어 캘리퍼(Vernier calliper), 마이크로미터(micrometer gauge), 중공 원통, 카드3) 실험 원리 및 이론1.버니어 캘리퍼(Vernier calliper)버니어가 달린 캘리퍼를 버니어 캘리퍼라고 하는데 이 버니어는 ‘부척’이라고도 한다. 자의 최소 눈금을1/10까지 또는 그 이상의 정밀도까지 읽을 수 있도록 고안된 장치이다. 이 버니어는 주척의 9눈금을10등분하여 눈금을 만든 것이며 이렇게 함으로써 버니어의 한 눈금은 주척의 눈금보다 1/10만큼 짧게되어있다. 따라서 주척의 한 첫 번째 눈금과 버니어의 첫째 눈금을 일치시키면 버니어는 주척의 눈금의1/10만큼 이동하게 된다. 이와 같은 원리로 버니어의 n번째 눈금이 주척의 눈금과 일치하고 있으면,버니어는 주척의 n/10 눈금만큼 이동하게 된다.일반적으로 주척의 최소 눈금 1/n까지 읽으려면 주척의 (n-1) 눈금을 n등분하여 버니어를 만들거나또는 주척의 (n+1) 눈금을 n등분한 눈금을 사용하기도 한다. 더 정밀하게 읽기 위하여 주척의 19눈금을20등분한 버니어 캘리퍼도 있는데 이 캘리퍼로는 0.05mm까지 측정할 수 있다.?-외경재기(outside jaws)로 외경을 측정하고, ?-내경재기(inside jaws)로 내경을, ?-깊이재기막대(depth bar)로 깊이를 측정한다.2.마이크로미터(Micrometer)마이크로미터는 그림 1.2와 같이 금속으로 만든 틀의 한쪽에 평면 금속편(A)의 모루가 달려있고,반대쪽에는 그 표면에 mm의 눈금이 그어져 있으며 안쪽이 암나사로 되어 있는 원통 소매(B)가붙어있다. 이 소매(dome에 0.5mm 또는 1mm 피치(nich)의 나사 스핀들(screw spindle) (C)가 끼워져있고 이 C의 A에 대한 단면은 A와 평행하게 되어 있다. 손잡이(Thimbio) D 의 왼쪽 끝의 원추면에는원주를 50등분 또는 100등분한 눈금이 그어져 있고 그 눈금의 영점은 1와 C의 단면이 맞닿았을 때 B의눈금의 영점과 일치하도록 되어 있다. 나사의 피치(picb)가 0.5mm 인 것은 D를 두 바퀴 돌렸을 때 C가1mm 진행한다는 것을 의미한다.마이크로미터(micrometer) 사용법은 그림 1.2의 윗 그림에서 외부 원통을 돌려서 측 정날 A. C가근접하도록 하고 측정날이 거의 근접할 경우 ratcher stop E를 가볍게 돌려 측정날 A, C가 맞물리도록하면 딱 소리가 난다. 이 때 “딱" 소리를 약 3회 정도 듣고 멈추어 영점을 읽어 기록한다. 영점은 실험할 때마다 읽어 준다. 물체의 길이를 측정할 때도 측정날 A, C 사이에 측정할 물체를 끼우고 외부 원통을 돌려서 측정날이 물체에 근접하면 ratchet stop E를 가볍게 돌려 "딱" 소리를 약 3회 정도 듣고멈추어 눈금을 읽어 기록한다. 대부분의 마이크로미터(micrometer) 나사의 피치(pirch)는 0.5mm 이고,B의 눈금은 회전수가 아닌 mm 수를 나타낸다. D자에는 50개의 눈금이 있으므로 이 눈금 하나는 금회전 또는 0.01mm 만큼 C를 앞으로 나아가게 한다. D자는 한 눈금의 1/10까지 눈어림으로 읽어야하므로 길이를 0,001mm까지 측정하게 된다.길이를 측정할 때 A와 사이에 틈이 없이 꼭 맞았을 때 마이크로미터가 영의 눈금을 가리키지 않으면영점 오차를 가졌다고 하고, 이때의 눈금을 ‘영점 눈금’이라고 한다.4) 실험 방법1.버니어 캘리퍼? 기구의 고장의 점검하고, 정확한 사용 방법을 익힌다.? 손잡이를 밀어 측ㅈㅇ용 날 A, B를 일치시키고 0점을 읽는다.? 측정하고자 하는 물체를 측정용 날 A, B 사이에 끼우고 주척과 부척을 읽어 물체의 길이를기록한다.? 관의 내경과 깊이를 측정하여 기록한다.? 5회 반복 실시하여 평균값을 구한다.2.마이크로미터? 기구의 고정을 점검하고, 정확한 사용 방법을 익힌다.? 측정용 날 A, C의 단편이 맞닿게 외부 원용을 돌린 후 측정용 날 A, C의 단면 이 근접하면,돌리개 E를 가볍게 돌려 딱" 소리를 약 3회 정도 듣고 멈추고 영점을 읽어 기록한다.③ 이때 부척의 0점이 주척의 기준선에 미치지 못하면 빼고, 지나치면 더하여 영점을 보정한다.? 카드를 측정용 날 A, C 사이에 끼우고 돌리개 E를 가볍게 돌 려 "딱" 소리를 약 3회 정도 듣고 멈춘후 눈금을 읽어 기록한다.? 5회 반복 실시하여 평균값을 구한다.5) 실험 데이터1.버니어 캘리퍼내경R _{1} (mm)외경R _{2} (mm)깊이 h (mm)1회16.4018.5521.802회16.5018.5021.853회16.6018.4021.754회16.5018.4021.805회16.5018.6521.85평균16.5018.5021.812.마이크로미터영점 (mm)측정직경 (mm)보정값 (mm)1회0.0210.8060.8272회0.0310.8000.8313회0.0400.7950.8354회0.0320.7970.8295회0.0340.8000.834평균0.03160.79960.83126) 계산보고값 = 보정값 평균+- 확률 오차= 보정값 평균+- 0.6745 * 표준오차= 보정값 평균+- 0.6745 *{sigma } over {sqrt {N}} (sigma =표준편차, N=실험횟수)?버니어 캘리퍼 내경R _{1} 보고값sigma =sqrt {{(16.50-16.40) ^{2} +(16.50-16.50) ^{2} +(16.50-16.60) ^{2} +(16.50-16.50) ^{2} +(16.50-16.50) ^{2}} over {5}}?0.071보고값 = 16.50+- 0.6745 *{0.071} over {sqrt {5}}= 16.50+- 0.02142?버니어 캘리퍼 내경R _{2} 보고값sigma =sqrt {{(18.50-18.55) ^{2} +(18.50-18.50) ^{2} +(18.50-18.40) ^{2} +(18.50-18.40) ^{2} +(18.50-18.65) ^{2}} over {5}}?0.106보고값 = 18.50+- 0.6745 *{0.106} over {sqrt {5}} = 18.50+- 0.03197?버니어 캘리퍼 내경 h 보고값sigma =sqrt {{(21.81-21.80) ^{2} +(21.81-21.85) ^{2} +(21.81-21.75) ^{2} +(21.81-21.80) ^{2} +(21.81-21.85) ^{2}} over {5}}?0.041보고값 = 21.81+- 0.6745 *{0.041} over {sqrt {5}} = 21.81+- 0.01237?마이크로미터 보고값sigma =sqrt {{(0.831-0.827) ^{2} +(0.831-0.831) ^{2} +(0.831-0.835) ^{2} +(0.831-0.829) ^{2} +(0.831-0.834) ^{2}} over {5}}?0.003보고값 = 16.50+- 0.6745 *{0.003} over {sqrt {5}}= 16.50+- 0.009057) 결론실험을 하면서 0.05 mm 단위로 측정 가능한 버니어 캘리퍼보다 0.01mm 단위로 측정 가능한마이크로미터가 더 정확한 측정이 가능하다고 생각했다. 또한, 버니어 캘리퍼는 주척과 부척이 일치하는

자연과학| 2023.06.16| 5페이지| 1,000원| 조회(232)

길이측정, 일반물리학실험, 일반물리학

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<일반물리학실험> Melde 장치에 의한 전기음차의 진동수 측정 실험 보고서

Medel 장치에 의한 전기음차의 진동수 측정 실험 보고서학 과학 번이 름분 반실험조실험날짜1) 실험 목적Melde의 방법에 의하여 현에 횡파의 정상파를 만들고 이 정상파로부터 전자음차의 진동수를 측정한다.2) 실험 기구Melde 장치, 직류전원장치, 실, 분동, 미터자 등3) 실험 원리 및 이론장력이T이고, 선밀도가rho 인 현에 전달되는 횡파의 속도는v= sqrt {{T} over {rho }} (식 12.1)이고, 길이가l인 현에 생기는 횡파의 정상파 파장lambda 와 ㅍ편의 고유진동수nu 는 각각nu _{n} = {2l} over {n} ``(n=`1,`2,`3,` CDOTS ) (식 12.1)nu _{n} =` {v} over {lambda _{n}} =` {n} over {2l} sqrt {{T} over {rho }} (식 12.3)이다. 여기서 n은 정상파의 배의 수와 같으며, n=1 일 때가 기본 진동이고 n = 2, 3, 4, …일 때가 2배,3배, 4배, … 진동이 된다.전자기학에 의하면 자기장B= mu H인 장소에서B에 대하여phi 인 각으로i[A]의 전류가 흐를 때 전류의ids인 미소부분에 작용하는 힘의 크기는dF`=`ids mu Hsin phi (식 12.4)이다. 그 힘의 방향은 그림 12.1(a)에서와 같이 Fleming의 왼손 법칙에 의해서ids~와B가 이루는평면에 대해서 직각이고,i에서B의 방향에 오른나사가 회전할 때의 진행하는 방향이다.그림 12.1 (a) 그림 12.1(b)전자 음차의 구조는 그림 12.1에서 보듯이, 중앙의C는 전자석이고, 터미널F,`G에 직류전원E(4~10volt)가 가변저항R(0~2A, 0~15OMEGA )을 지나서 접속되어 있다. 전류가 흐르면 음차의 양팔은 전자석C에 mfdjekdruwl게 되고, 그 순간 백금선 Pt는 단자D와 떨어지므로 전류는 단절된다. 전류가단절되면 전자석은 자성을 잃어서 전자석이 다시 자성을 띄게 된다. 이와 같이 하여 전자음차는 그고유진동수nu 로 단진동을 한다.4) 실험 방법① 그림 12.1 (a)와 같이 음차의 진동이 현과 수직인 경우, 추M 또는 도르레B의 위치를 조절하여전자음차와 현이 공명을 일으키도록 하고, 이때 전자음차와 현의 진동수를 각각nu 및nu _{1}으로 하면nu = nu _{1}이 성립한다.② 현의 진동수를 구하기 위해, 현의 정상파 마디의 위치를 측정하고 평균치응 내어 그 파장lambda _{`1}을정한다.③ 현의 길이lcm의 질량m을 측정해서, 그 선밀도rho =m/l(g/cm)을 구한다.④ 고유 진동수nu 는 다음과 같이 구한다.nu = nu _{1} = {v} over {lambda _{1}} = {1} over {lambda _{1}} sqrt {{Mg} over {rho }} `[Hz] (식 12.5)ㅇ(그림 12.2)⑤ 위와 동일한 실에 동일 장력을 걸어 놓은 상태에서, 그림 12.2(b)와 같이 전자음차의 진동이 현과평행하게 한 후 (1)~(3)을 반복한다.⑥ 전자음차의 진동이 현과 수평한 경우 전자음차가 2번 좌우로 진동했을 때 정상파는 1번 진동하게된다. 따라서 현의 진동수는nu _{2} = {1} over {2} nu 로 주어지고nu =2 nu _{2} = {2} over {lambda _{2}} sqrt {{Mg} over {rho }} ``(Hz) (식 12.6)⑦ 도르래 또는 지점의 마찰은 상당히 크므로 현을 연직으로 매고 실험한다.5) 실험 데이터M(g)x _{1}(cm)lambdax _{2}(cm)lambdax _{3}(cm)lambdax _{4}(cm)lambda lambda 평균2nu `'(줄의 진동수)nu (소리 굽쇠 진동수170.00.2350.470.4470.4470.670.4350.8880.4410.448375.93575.0290.10.2380.4760.4510.4510.6720.4340.880.4290.447586.29490.03139.50.3010.6020.6020.6020.8830.5820.595380.71281.06) 계산실험 1 실험 2 실험 3nu `` prime = {v} over {lambda } = {1} over {lambda } sqrt {{T} over {rho }} = {1} over {lambda } sqrt {{Mg} over {rho }}nu `` prime = {v} over {lambda } = {1} over {lambda } sqrt {{T} over {rho }} = {1} over {lambda } sqrt {{Mg} over {rho }}nu `` prime = {v} over {lambda } = {1} over {lambda } sqrt {{T} over {rho }} = {1} over {lambda } sqrt {{Mg} over {rho }}= {1} over {0.4483} sqrt {{70.0*9.8} over {{1.8} over {0.76}}}= {1} over {0.4475} sqrt {{90.1*9.8} over {{1.8} over {0.76}}}= {1} over {0.5953} sqrt {{139.5*9.8} over {{1.8} over {0.76}}}=37.968=43.147=40.356오차율 계산이론상2 nu `` prime `=` nu ``임.실험 1퍼센트 오차= {vert 이론값-실험값vert } over {이론값} *`100`= {vert nu -2 nu `` prime vert } over {nu } *100= {vert 75.0-75.935vert } over {75.0} *100=1.247%실험 2퍼센트 오차= {vert 이론값-실험값vert } over {이론값} *`100`= {vert nu -2 nu `` prime vert } over {nu } *100= {vert 90.0-86.294 vert } over {90.0} *100=4.117%실험 3퍼센트 오차= {vert 이론값-실험값vert } over {이론값} *`100`= {vert nu -2 nu `` prime vert } over {nu } *100= {vert 81.0-80.712 vert } over {81.0} *100=0.355%7) 결론이론상으로만 계산해보았던 파장과 진동수를 실험을 통해 직접 구해볼 수 있었다. 정상파를 만드는과정에서 객관적인 수치에 맞춘 것이 아니라 소리 굽쇠의 진동수에 변화를 주며 어떤 값일 때 가장정상파의 모양에 가까운지 확인해가면서 실험을 했기 때문에 오차율이 크게 나올 것 같다고 생각했지만,예상외로 작은 오차율이 나왔다.첫 번째 오차원인은 파장의 길이를 측정할 때 정확한 길이를 측정하지 못하여 발생했다. 실이 계속해서진동하고, 눈높에 따라 파장의 길이가 달라져 오차가 생겼다. 이는 자와 수평인 높이에서 길이를측정하고, 영상 장치를 활용해 진동 마디 지점을 정확히 측정하여 오차를 줄일 수 있다. 두 번째 오차원인은 어느 파동에서 정상파를 만드는지 정확히 알 수 없는 것이다. 이는 실험 횟수를 늘려 오차를최소화할 수 있다. 세 번째 오차원인은 마찰력과 그 외에 가해지고 있는 외력들이 없다고 가정한 뒤장력(T)를 구한 것이다. 이는 마찰력과 도르레의 관성 모멘트 등을 고려해서 계산하여 오차를 해결할

자연과학| 2023.06.16| 4페이지| 1,000원| 조회(96)

일반물리학실험, 진동수, 일반물리학, Melde 장치

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<일반물리학실험> 탄동 진자 실험 보고서

탄동 진자 실험 보고서학 과학 번이 름분 반실험조실험날짜1) 실험 목적선운동량 보존, 역학적 에너지 보존 및 포물체 운동을 이해한다.2) 실험 기구탄동진자(SG-7140), 종이와 먹지, 버어니어 캘리퍼, 미터자, 발사고, 연직추3) 실험 원리 및 이론질량이 m 이고 속도가{vec{v}}인 물체의 선운동량은 다음과 같이 정의된다.{vec{p`}} =m {vec{v}}외력이 작용하지 않는 고립계의 선운동량은 보존된다.sum _{i} ^{} {vec{p _{i}}} =일정 지표면 근처에서 운동하는 물체의 중력 위치에너지는 U=mgy, 운동에너지는K= {1} over {2} mv ^{2}로 주어진다.외부로부터 에너지 전달이 없는 고립계의 역학적 에너지는 보존된다.E _{mech} =K+U=일정1.탄동진자 실험질량이 m, 속력이 v인 탄환을 질량이 M인 정지해 있는 진자에 수평방향으로 쏘면, 충돌 전후 운동량은보존된다. 충돌 순간 탄환+신자가 합체가 되어 속력 V로 움직이면 운동량 보존식은 다음과 같다.mv= (M+m) V (6.1)합체(탄환+ 진자)가 속력 V를 얻어 흔들려 질량중심이 최대 높이까지 도달하였을 때, 충돌 순간의운동에너지는 모두 위치에너지로 변환된다. 질량 중심이 올라간 최대 높이를 h라 하면 다음 식이성립한다.?{1} over {2} (M+m)V ^{2} =(M+m)gh (6.2)식 (6.1),식 (6.2)식으로부터 탄환의 초기 속력은 다음과 같이 주어진다.v= {M+m} over {m} sqrt {2gh} (6.3)합체가 최고 높이일 때 수직축으로부터의 각도를theta , 진자의 회전축으로부터 질량 중심까지의 거리를R이라고 하면, 합체의 최고높이는 다음과 같이 주어진다.h=R(1-cos theta ) (6.4)식 (6.4) 식을 식 (6.3)식에 대입하면 탄환의 초기 속력은 다음과 같이 표현된다.v= {M+m} over {m} sqrt {2gR(1-cos theta )} (6.5)2. 포물체 실험탄환이 초기속력v _{0} =v를 가지고 수평으로부터theta 의 각도로 발사되었을 때, 이 탄환은 x축 방향으로는등속운동을, y축 방향으로는 등가속도 운동을 한다. 따라서, 시간 t일 때, x 위치와 y 위치는 다음과같이 주어진다.x=x _{0} +v _{0x} t (6.6)y=y _{0} +v _{0y} t+ {1} over {2} at ^{2} (6.7)여기서v _{0x} =vcos theta ,`v _{0y} =vsin theta ,``a=-g이고,x _{0} =0으로 잡는다.탄환이 지표면에 도달하면x=X,`y=0이 된다. 식 (6.6)으로부터 t를 구하여 식 (6.7)에 대입하면 다음과같다.y=y _{0} +tan theta X- {g} over {2v ^{2} cos ^{2`} theta } X ^{2} =0 (6.8)이로부터 탄환의 초기 속력은 다음과 같이 구해진다.v= sqrt {{gX ^{2}} over {2cos ^{2} theta (y _{0} +tan theta X)}}4) 실험 방법1.탄동 진자 실험① 탄동진자를 테이블의 가장자리에 설치하고, 진자가 충분히 연직방향인가를 확 인한다. 각도 지시침을진자와 접촉시켰을 때 지시침이 0을 가리키도록 한다.② 발사체를 조절하여 진자의 끝과 발사체 끝이 겨우 맞닫도록 조절한 후 조임나사를 조인다.③ 장전손잡이를 이용하여 발사체의 세기를 1단으로 조정한 후 탄환을 조심스레 발사체 안으로 넣는다.④ 진자와 발사체가 맞닫는가를 확인하고 각도 지시침을 0으로 조절한다.⑤ 방아쇠를 살짝 들어올려 탄환을 발사시키고, 진자의 최고높이 각도를 읽어 기록한다.⑥ 이 과정을 5번 반복하여 기록하고, 발사체의 세기를 달리하면서 같은 방법으로 실험한다.⑦ 실험이 끝나면 진자를 분리하여 탄환을 넣은 상태로 회전축으로부터 질량중심까지 거리 R을측정한다.2.포물체 실험① 탄동진자를 테이블의 가장자리에 놓고 클램프로 고정한다. (진자가 떨어지지 않도록 주의할 것.)② 발사체를 테이블 바닥에 위치시킨 후, 발사체에 딸린 중심추가 각도 0를 가리 키도록 조정한 후손으로 움직이지 않게 잡아서 고정시킨다.③ 탄환이 떨어지는 위치에 먹지를 놓은 다음, 발사체의 강도를 1단으로 고정하고, 탄환을 넣어발사한다.④ 먹지에 탄환이 떨어진 자국을 파악하여 이동거리 X와 탄환의 출발위치 yo 를 측정한다.⑤ 각도theta 를 0으로부터 증가 시켜가며 실험을 10회 반복한다.5) 실험 데이터m(탄환 질량)=44.8g, M(진자 질량)=270.9g R=0.25m탄동진자실험1단2단theta v(m/s)theta v(m/s)19°1.730822.2°4.2471212.5°2.401624°4.5866313.5°2.592921.5°4.1148413.5°2.592923.5°4.4924513.2°2.535524°4.5866평균2.37084.4055포물체실험(2단)12345평균theta 0°0°0°0°0°X(m)1.4911.5091.5651.4911.497y _{0}(m)0.7770.7770.7770.7770.777v(m/s)3.74433.78953.93013.74433.75933.79356) 계산탄동진자 실험 1단v= {M+m} over {m} sqrt {2gR(1-cos theta )}= {270.9+44.8} over {44.8} sqrt {2*9.8*0.25(1-cos13.5 DEG )} = 2.5929 (실험 3,4 데이터)탄동진자 실험 2단v= {M+m} over {m} sqrt {2gR(1-cos theta )}= {270.9+44.8} over {44.8} sqrt {2*9.8*0.25(1-cos24 DEG )} = 4/5866 (실험 2,5 데이터)포물체 실험v= sqrt {{gX ^{2}} over {2cos ^{2} theta (y _{0} +tan theta X)}}=sqrt {{9.8*(1.491) ^{2}} over {2cos ^{2} 0 DEG (0.777+tan0 DEG *1.491)}} (실험 1,4 데이터)=sqrt {{9.8*(1.491) ^{2}} over {2*0.777}} =3.7443오차율 계산 (퍼센트 오차)퍼센트 오차 ={vert 이론값-실험값vert } over {이론값} *`100` (포물체 실험을 이론값, 탄동진자 실험(2단)을 실험값으로 함)={vert 3.7935-4.4055vert } over {3.7935} *100=16.13297) 결론탄동 진자 실험을 통해theta 를 구했고, 이를 식에 대입하여 속력을 구하였다. 1단과 2단 실험을 비교해보았을 때, 세기가 세질수록, 즉 각도가 커질수록 속력이 빨라진다는 것을 알 수 있었다. 이 실험을고립계에서 진행할 수 있었다면, 같은 세기로 반복 실험을 할 때 계속해서 같은 값의theta 와 이를 통해구한 v를 얻는 것으로 역학적 에너지와 선운동량이 보존된다는 것을 확인할 수 있었을 것이다.포물체 실험에서는 이론상theta 의 각도가 커질수록 X값과 속력이 커지지만, 실험에서는theta 를 모두0으로 설정한 뒤 실험을 했기 때문에 비교해볼 수는 없었다. 다음에는theta 값을 다양하게 바꾸며 이에따른 속력의 값을 비교해보는 실험을 진행해 볼 수 있다면 좋을 것 같다.오차 원인으로는 첫 째로 공기 저항, 마찰력 등을 차단하지 못한 환경에서 실험을 진행한 것이다, 두실험 모두 고립계에서 역학적 에너지와 선 운동량이 보존된다는 사실을 이용하여 유도한 공식에대입하여 결과값을 구하였는데, 실험을 공기 저항, 마찰력 등이 차단된 고립계에서 진행한 것이 아니기

자연과학| 2023.06.16| 5페이지| 1,000원| 조회(173)

일반물리학실험, 일반물리학, 탄동진자

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