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[A+] 서울대 대기과학실험 / 기상변수의 일변화

1. 서론일변화(diurnal variation)는 하루동안의 기상 요소인 기온 등이 시간에 따라 변화하는 상황 을 말한다.(사이언스올 과학백과사전, 연도미상) 기상청은 종관기상관측장비(Automated Synoptic Observing System, ASOS)와 자동기상관 측장비(Automatic Weather Station, AWS)를 이용하여 기상을 관측한다. AWS는 기압, 기 온, 풍향, 풍속, 습도, 강수량 등에 더해 집중호우, 우박, 뇌우, 돌풍 등과 같은 국지적인 기상 을 관측한다. 기상관측소가 없는 곳에 설치되어 무인으로 운영되고 이 특징을 활용하여 산악 지역과 같은 사람이 관측하기 어려운 곳에도 설치된다.(서울대학교 지구환경과학부 대기과학 전공,연도미상) AWS 자료를 분석하는 과정을 통해 기상의 시간적 변화를 이해하고, 날씨와 계절의 영향도 탐구해 보도록 한다.2. 실험 방법① 과거관측 자료를 바탕으로 날짜 선정 기상청 날씨누리의 과거관측 일별자료를 참고하여 서울(유)측정위치에서 계절은 다르지만 날 씨는 비슷한 날짜 2개, 달(month)은 같으나 날씨가 다른 날짜 2개를 골라내어 총 4개의 날짜 를 선정한다. 각각의 날짜에서 평균기온, 최고기온, 최저기온, 평균운량, 일강수량을 기록한다.

자연과학| 2024.03.29| 6페이지| 1,500원| 조회(720)

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[A+] 서울대 대기과학실험 / 위성 및 레이더 영상

1. 서론인공위성은 지구궤도상에서 기상관측을 할 수 있게 한다. 기상위성의 종류에는 정지궤도 위성과 극궤도 위성이 있다. 또한, 이를 통해 관측한 영상에는 기본영상인 가시영상, 적외영상, 합성영상 등과 레이더 영상이 있다. 합성영상은 서로다른 영상들을 색을 다르게 하여 겹친영상이다. 이 중에서 주야간 RGB 기본영상에서 상층운은 하늘색, 두껍게 발달한 구름은 흰색, 하층운이나 안개는 붉은색으로 표시된다. 또한 레이더영상은 대기중으로 발사한 레이더의 전파가 반사되어 돌아오는 신호를 분석하는 과정을 통해 강수에 대한 정보를 얻어낸다.기상청은 종관기상관측장비(Automated Synoptic Observing System, ASOS)와 자동기상관측장비(Automatic Weather Station, AWS)를 이용하여 기상을 관측한다. AWS는 기압, 기온, 풍향, 풍속, 습도, 강수량 등에 더해 집중호우, 우박, 뇌우, 돌풍 등과 같은 국지적인 기상을 관측한다. (서울대학교 지구환경과학부 대기과학전공,연도미상)실험을 통해 운량이 일교차에 미치는 영향을 이해하고, 위성영상과 레이더 영상을 바탕으로 일기의 변화를 해석해본다.2. 실험 방법기상청 과거자료, 기상청 AWS 관측자료 그래프, 국가기상위성센터 RGB 주야간 합성영상, 기상레이더센터 레이더 HSR 합성영상를 조회하여 필요한 날짜와 데이터를 얻어낸 후 해석한다.이때 데이터의 운량은 0.0 ~ 10.0으로 표현되며 강수현상이나 강수유무와 관계없이 하루 평균 구름의 양이다. 맑음(0~2), 구름조금(3~5), 구름많음(6~8), 흐림(9~10이상)으로 표현된다. 자료가 공백인 곳은 관측하지 않은 지점들이다. (기상청 날씨누리, 2022)

자연과학| 2024.03.29| 11페이지| 1,500원| 조회(123)

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[A+]서울대 대기과학실험 / 대기의 연직 구조(라디오존데 관측 실험)

1. 서론 라디오존데는 대기권 내 고도 약 30km까지 기온, 기압, 습도 등의 연직붙포를 측정할 수 있는 기구이다. 온도에 따른 대기의 연직구조를 살펴보면, 지표로부터 대류권, 성층권, 중간권, 열권으로 구성되어있다. 라디오존데의 관측범위 내에는 대류권과 성층권이 있다. 대류권은 대류가 일어나는 층으로 고도가 높아질수록 온도가 낮아진다. 성층권은 오존층을 포함하고 있으며, 고도가 높아져도 기온이 변하지 않는 구간과 기온이 높아지는 구간을 가질 수 있다. 따라서 대류운동이 일어나지 않는다. 라디오존데를 통해 측정된 데이터를 가지고 지구 대기 일부의 기온과 바람의 연직구조에 대해 탐구한다.2. 실험 방법① 대류권계면의 위치 찾기대류권계면을 찾기 위해서 정의에 입각하여 데이터를 활용해본다. 대류권계면은 알려진 바에 따르면 위도에 따라 약 8km에서 18km 부근에 위치하며, WMO(의 정의에 따르면 “It is defined as the lowest level at which the lapse rate decreases to 2oC/km or less, provided that the average lapse rate between this level and all higher levels within 2km does not exceed 2oC/km.”이다. (서울대학교 지구환경과학부 대기과학전공. 연도미상) 인접한 두 데이터셀을 이용해 평균변화율을 구하는데, 수식적으로는 아래와 같다.

자연과학| 2024.03.29| 7페이지| 1,500원| 조회(231)

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[A+] 서울대 대기과학실험 / 구름 및 안개 생성

구름은 공기 중에 떠있는, 육안으로 보이는 물방울 또는 얼음 알갱이 군집을 말한다. 안개는 지상 근처에 떠 있어 수평시정을 1 km 미만으로 떨어뜨리는, 육안으로 보이는 물방울 또는 얼음 알갱이 군집을 말한다. 포화되지 않은 공기가 포화상태에 도달해 물방울을 형성할 수 있는 방법은 다음과 같다. 첫째, 수증기의 공급되어 포화된다. 예시로는 증발안개와 혼합안개가 있다. 둘째, 기온의 하강으로 포화된다. 예시로는 복사안개와 이류안개가 있다. 응결핵은 대기 중 수증기가 응결하여 물방울을 형성할 때 핵이 되는 에어로졸 입자를 말한다. 예시로는 해염, 황토, 블랙 카본, 황산 에어로졸 등이 있다. 본 탐구를 통해 단열 팽창에 의한 냉각으로 발생하는 수증기의 응결을 관찰하여 구름 및 안개 생성 원리를 이해해본다. 또한, 구름 및 안개 생성에 수증기와 에어로졸이 미치는 영향을 이해해보도록 한다.2. 실험 방법(1) 실험 1 : 수증기가 적고 응결핵이 없는 상태① 공기 배출기 상단의 밸브를 우측으로 돌려 잠근다. ② 온도계를 확인한 후, 공기 주입기로 공기를 주입시켜 수병 안의 압력을 높인다. 이때 수병 내 불투명도와 온도 변화를 관찰한다.

자연과학| 2024.03.29| 5페이지| 1,500원| 조회(758)

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카페인 추출과 분리 [예비 + 결과] 레포트 (A+) (고찰많음)

음료 속 카페인의 추출 및 확인1. 실험 목적● 음료수에서 카페인을 추출하고 TLC를 통해 성분을 확인할 수 있다.3. 실험의 원리(1) 카페인 (MW: 194g/mol)화학식은 C8H10N4O2카페인의 온도에 따른 용해도25 ℃ : 2.179g/100ml80 ℃ : 18g/100ml100 ℃ :67g/100ml(2) 용매에 따른 카페인의 용해도빨간색 : Dichloromethane파란색 : Water카페인은 물보다 유기용매에서 더 잘 녹는다. 우측 그래프에서 카페인을 Dichloromethane보다 더 잘 녹이는 물질은 Chloroform으로 발암성을 가지므로 사용하지 않는다.(3) 추출용매에 따라서 화합물이 녹는 특성이 큰 차이를 보이는 경우에 사용되는 분리 방법이다. 두 가지 이상의 물질이 섞여 있는 혼합물속에서 특정한 물질을 용해할 수 있는 용매를 사용하여 성분을 분리해 낸다.(4) 분배계수서로 섞이지 않는 두 액체 A 와 B가 두 액체 층을 이루고 있을 때, 두 액체에서 다 녹을 수 있는 용질을 넣어주면 이 용질은 두 액체 층에 분배되어 평형을 이루게 된다. 용해되어있는 A,B 용질분자의 농도(=용해도) 를 각각 Ca, Cb 라 할 때와 같은 관계가 성립하는데, 이와 같이 정의되는 평형상수 K를 분배계수라고 한다. (K는 일정한 온도에서 용질의 양에 관계없이 일정한 값) 분배계수가 1보다 큰 경우, 같은 부피의 용매A와 용매B를 사용할 때 처음에 B(물)에 있던 용질의 절반 이상이 용매 A(유기용매)로 옮겨가고, 용매A를 분리해서 용매를 제거하면 순수한 용질을 얻을 수 있다.(5) 염석효과 (salting-out effect)수용액 층에 염을 넣어 주면 수용액에 녹아있는 유기물이 유기용매 층으로 더 많이 옮아가는 현상이다. 수용액 층에 염을 녹여 수용액 층을 포화시켜 줌으로써, 수용액 층과 유기용매 층에 분배되어 있는 물질이 유기용매 층으로 더욱 많이 이동하도록 한다.4. 시약 및 기구(1) 시약카페인 음료를 10배로 농축한 것 25mL, 염화 메틸렌 75mL, 황산 나트륨, 카페인 표준 용액(0.2g/5mL CH2Cl2), 에틸 아세테이트① 카페인 (C8H10N4O2)② 염화 메틸렌 (CH2Cl2)③ 황산나트륨 (Na2SO4)④ 에틸아세테이트 (C4H8O2)(3) 실험시 유의사항2) 염화 메틸렌은 피부에 닿지 않도록 하며, 흔들면 증기가 많이 발생하여 폭발할 위험이 있으므로 후드 안에서 사용하고 수시로 분별 깔때기의 콕을 열어 감압한다.3) 물중탕과 TLC 전개는 후드에서 실시한다5. 실험 방법가. 카페인의 분리1) 농축한 카페인 음료 25mL를 부피 피펫을 이용해 분별 깔때기로 옮긴다.2) 25mL의 염화 메틸렌을 부피 피펫으로 넣고 뚜껑을 닫은 후 분별 깔때기를 두 손으로 잘 잡고 뒤집어 흔들어 준다. 두 번 흔들고 콕을 열어 기체를 방출시키며 흔들어 주는 과정을 3회 정도 실시한다.3) 분별 깔때기를 스탠드에 세워 두 층을 분리시킨 후, 아래의 염화 메틸렌 층을 250mL 삼각 플라스크 또는 비커에 모은다.4) 분별 깔때기에 남은 수용액 층에 25mL의 염화 메틸렌을 새로 넣고, 2) ~ 4)를 다시 실시하여, 총 3회의 추출이 진행되도록 한다.5) 250mL 삼각 플라스크에 모아진 염화 메틸렌 용액에 무수 황산 나트륨을 5수저 정도 넣고 10분 동안 방치한다. 이때 황산 나트륨이 녹은 듯 뭉쳐 있으면 더 넣어 주어야 한다.6) 삼각 플라스크에 모아진 염화 메틸렌 용액의 맑은 윗부분만 100mL 비커에 옮기고 후드에서 물중탕으로 가열하여 용매를 제거한다.나. 분리된 카페인의 성분 분석1) TLC(thin-layer chromatography)를 전개시킬 통에 전개 용매 에틸 아세테이트를 7mm 높이가 되도록 담고, 증기가 포화 상태에 도달하도록 방치한다.2) TLC판에 연필로 아래 그림과 같이 실리카 젤이 긁히지 않도록 살짝만 표시한다3) 모세관을 이용하여 TLC판의 한 점에는 카페인 표준 용액으로 두세 번 점을 찍는다.4) 다른 한 점에는 실험을 통해 얻은 카페인을 염화 메틸렌 5mL정도에 녹여 두세 번 점을 찍는다.5) TLC판을 전개액이 들어 있는 통에 넣고 윗선까지 이동상이 닿으면 TLC판을 꺼낸다.6) TLC판의 용매를 말린 다음, UV 램프 상자에 넣고 관찰하여 분리된 점을 표시한다7. 논의 및 결론* CH2Cl2 = Methylene Chloride = MC1) 커피에서 카페인을 분리하는 원리를 설명해 보자.① 추출 (분별 깔대기) --> ② 염석효과와 탈수 --> ③ 분리 (용매 증발)① 추출 (분별 깔대기)- 추출은 용매에 따라서 화합물이 녹는 특성이 큰 차이를 보이는 경우에 사용되는 분리 방법이다. 두 가지 이상의 물질이 섞여 있는 혼합물속에서 특정한 물질을 용해할 수 있는 용매를 사용하여 성분을 분리한다.- 분별 깔대기는 여러 물질이 혼합되어있는 용액에서 원하는 한 물질을 추출할 때 사용하는 도구이다. 밀도 차이에 의해 섞이지 않는 상태에서 분별 깔때기를 이용해 추출해낸다.그림 4 분별 깔대기두 용매인 MC와 물의 밀도는 다음과 같다.CH2Cl2 : 1.3266 g/cm3 (20 °C)H2O : 0.9982 g/cm3 (20 °C)MC는 물보다 밀도가 크므로 물 밑에 B층을 이루게 된다.이때, 용기를 잘 섞는 과정에서 용질인 Caffeine이 물과 MC층 사이에서 평형을 이루게 된다. 이를 에멀전(emulsion)이라고 하며 2개 이상의 액체가 서로 혼합되어 한 액체가 미세한 입자 형태로 다른 액체에 골고루 분산되어 있는 액체 혼합물(계)을 뜻한다.그림 5 추출액 물질 분포이 중에서 가운데 에멀전 층에 Caffeine이 가장 많이 녹아있다. 그렇기 때문에 에멀전을 없애야 하는데, 살살 돌려가면서 흔들어준다.그림 6 다양한 용매에서 카페인의 용해도 및 온도에 따른 분포빨간색 : Dichloromethane (Methylene Chloride)파란색 : Water-물보다 MC에서 카페인의 용해도가 더 높다. 따라서 분별 깔대기에서 아래층(B)인 MC에 더 많은 양의 카페인이 들어있다. 분별 깔대기의 콕을 돌려 아래층만을 옮기면 유기용매, 카페인, 소량의 물로 이루어진 추출액을 얻을 수 있다.-실험에서 이 추출과정을 총 3번 진행을 한다. 이는 분배계수(평형상수)의 성질을 이용하여 최대한 많은 양의 카페인을 얻기 위한 과정이다. 서로 섞이지 않는 두 액체 A와 B가 층을 이루고 있을 때, 두 액체에 다 녹을 수 있는 어떤 용질 M을 넣어 주면 이 용질은 두 액체 층에 분배되어 평형을 이루게 된다. 이러한 평형상태에서는 액체 A로부터 액체 B로 이동하는 용질 분자 수와 액체 B로부터 액체 A로 이동하는 분자의 수가 서로 같으며 따라서 평형을 다음과 같이 나타낼 수 있다.M(B) ⇔ M(A)M(A)와 M(B)는 각각 용매 A와 용매 B에 용해되어있는 용질분자를 나타낸다.(분별 깔대기와 층 명명을 통일하기 위해 A와 B 교환)M(A)와 M(B)의 농도를 각각 Ca와 Cb로 나타내면 다음과 같은 관계가 성립한다.K= {C _{B}} over {C _{A}}이와 같이 정의되는 평형상수 K를 분배계수(Distribution Coefficient)라고 한다.평형상수의 성질로 온도에서는 용질의 양에 관계없이 일정한 값을 나타낸다. 즉 두 액체 층에 용해되어 있는 용질의 농도 비는 일정하다는 것을 알 수 있게 된다. 일반적으로 물과 유기용매 사이의 분배계수의 크기는 용매의 종류, 용질의 종류, 온도에 따라서 변화한다.분배계수가 1보다 큰 경우, 같은 부피의 용매A와 용매B를 사용할 때 처음에 A(물)에 있던 용질의 절반이상이 용매 B(유기용매)로 옮겨간다. 아래층의 유기용매를 다른 비커로 분별하고, 남은 용액에 다시 유기용매를 넣어도 온도가 같으므로 같은 분배계수를 갖는다.따라서 또 분배계수만큼의 카페인이 유기용매로 옮겨진다. 따라서, 1번 많은 양의 MC를 쓰는 것보다 여러번 적은 양의 MC를 써서 걸러내면 더 많은 양의 카페인이 녹아있는 MC용액을 얻을 수 있다.② 염석효과와 탈수분별 깔대기를 이용하여 MC에 카페인이 녹아있는 용액을 추출했다. 또한, 추출액에는 분별 깔대기의 A층에 있던 물이 넘어와 있는 소량의 수분이 존재한다. 이 추출과정 이후에 무수황산나트륨(Na2SO4)을 넣어준다. Na2SO4가 이온화된 Na+와 SO4-가 각각 다른 작용을 하게 된다.Na _{2} SO _{4} ``rarrow``2Na ^{+} ``+``SO _{4}^{2-}ⅰ) 염석효과 (Na+)교과서 : 수용액 층에 염을 넣어 주면 수용액에 녹아있는 유기물이 유기용매 층으로 더 많이 옮아가는 현상이다. 수용액 층에 염을 녹여 수용액 층을 포화시켜 줌으로써, 수용액 층과 유기용매 층에 분배되어 있는 물질이 유기용매 층으로 더욱 많이 이동하도록 한다.실험 해석 : 추출액에 용해된 카페인은 두 종류로 분류할 수있다. MC에 녹아있는 카페인, 물에 녹아있는 카페인이다. 물에 녹아있는 카페인은 물분자로 둘러싸여 수화되어있다. 수화된 카페인의 겉표면에 결합하고 있던 물분자들이 염의 이온(Na+)와 수소결합을 한다. 따라서 수화되어있던 카페인들이 순수한 카페인 상태로 돌아가면서 물에 대한 용해도가 감소한다. 그 카페인은 유기용매에 용해되어 유기용매의 용해도는 증가한다.

자연과학| 2022.12.02| 7페이지| 2,000원| 조회(607)

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