하천수리학 및 실험 과제02밀도류 실험과 목 :하천수리학 및 실험담 당 교 수 :문 영 일학 과 :토목공학과학 번 :2011860016이 름 :배 복 균제 출 일 자 :2016년 3월 9일1. 실험 목적밀도가 다른 두 액체를 혼합하였을 때의 흐름특성을 알아본다.2. 실험 이론(1) 밀도(density, 密度)물질의 질량을 부피로 나눈 값으로 물질마다 고유한 값을 지닌다. 단위는 g/㎖, g/㎤ 등을 주로 사용한다.일반적으로 고체 상태의 물질은 분자들이 매우 빽빽하게 모여 있는 상태이므로 밀도가 크다. 액체 상태의 물질은 고체 상태에 비해 분자간의 거리가 멀기 때문에 좀 더 큰 부피를 차지하고, 고체보다 작은 밀도를 갖는다. 기체 상태의 물질은 분자간의 거리가 매우 멀어 같은 수의 분자에 대해 차지하는 부피가 고체나 액체에 비해 훨씬 크다. 그래서 밀도가 매우 작은 편이다.따라서 일반적으로 밀도는 고체 > 액체 >> 기체의 순이다. 물의 경우는 예외적으로 수소결합에 의해 고체의 부피가 액체의 부피보다 커 액체 > 고체 >> 기체 순으로 밀도가 크다. 고체나 액체의 경우 밀도는 온도나 압력이 변해도 거의 변화하지 않는다. 그러나 기체의 경우에는 온도가 올라갈수록 기체 분자의 운동이 활발해져 부피가 커지게 되고 따라서 밀도가 작아진다. 한편, 압력이 높아지게 되면 부피가 작아져 밀도가 커진다.(2) 밀도류액체나 기체가 내부의 작은 밀도 차에 의한 중력작용(重力作用)으로 움직이는 흐름.두 액체 간 또는 동일액체 내에서의 밀도 차는 온도·염분 또는 부유해 있는 퇴적물의 농도차에 의해 생긴다. 자연에서 밀도류는 해양이나 호수의 바닥에서 그 예를 찾을 수 있다. 이러한 저층의 흐름은 더 차고 염도가 높으며, 더 많은 퇴적물이 부유하고 있는 물이 해양이나 호수로 유입되어 주변의 물보다 밀도가 높게 될 때 발생한다.결과적으로 유입된 물은 중력에 의해 가라앉고 수저(水底)를 따라 흐르게 된다. 또한 밀도 차는 수저를 따라 흐르는 물이 상부의 물과 혼합되는 것을 지연시켜 비교적 먼 거리까지 그 상태를 유지하며 흐르게 한다.밀도류는 실제적으로 매우 중요하다. 예를 들어 호수의 저탁류(底濁流：부유퇴적물의 농도차로 생긴 밀도류)로 인한 퇴적작용은 호수의 저수용량(貯水容量)을 급격히 감소시킨다. 또한 많은 양의 오염된 산업폐기물이나 온수(溫水)의 배출은 사람이나 동물 생태계에 악영향을 끼치는 밀도류를 만들어내기도 한다(→ 수질오염). 이런 중요성 때문에 밀도류의 특성을 규명하기 위한 많은 실험연구가 행해지고 있다.소규모의 저탁류는 실험실에서 연구되기도 하고 호수에서 직접 관찰되기도 한다. 또한 대규모의 저탁류는 해양분지에서 발생한다는 간접적인 증거가 제시되었다. 많은 연구가들이 이런 형태의 저탁류는 해저협곡의 꼭대기에 쌓인 퇴적물이 갑작스럽게 흘러내림으로써 생긴다고 믿었다. 흘러내린 많은 양의 퇴적물이 물과 섞여 고밀도의 물 혼합물을 형성하며, 이 혼합물은 해저협곡의 해저부분을 거쳐 해저평원을 가로지르며 넓게 흐른다. 그결과 심해(深海)에도 사암층(砂岩層)이 형성된다. 계속되는 퇴적작용은 해저선상지를 형성하는데, 이 구조는 강이 바다와 만나는 하구에서 형성되는 선상지와 비슷하다. 과거 저탁류에 의해 형성된 것으로 여겨지는 퇴적암을 터비다이트라 부르는데 이는 지질기록에서 흔하게 나타난다.(3) 농도 (concentration, 濃度)액체나 혼합기체와 같은 용액을 구성하는 성분의 양(量)의 정도. 용액이 얼마나 진하고 묽은지를 수치적으로 나타내는 방법이다.일정 질량이나 부피 등에 대해 해당 성분이 얼마나 많이 포함되어 있는지를 나타내 주는 값으로, 부피백분율은 이번 시험에서 사용된 농도의 개념이다.· 부피백분율(volume percent) : 용액 100mℓ 속에 녹아 있는 용질의 mℓ수로 용질의 부피백분율을 나타낸다. 단, 알코올이나 물처럼 혼합에 의해서 부피에 변화가 생기는 경우에는 혼합하기 전의 부피를 기준으로 한다.(4) 술(liquor)알코올이 함유되어 있어 마시면 취하게 되는 음료의 총칭.취하게 만드는 요소는 술 속의 에틸알코올이므로, 성분으로는 알코올 함량의 최저한도로써 다른 음료와 구별한다. 그 양은 0.5∼1 %로서 나라에 따라 다르지만, 한국의 주세법상으로는 알코올분 1도 이상의 음료를 말한다.(5) 에틸알코올 (ethyl alcohol, Athylalkohol)화학식 : C₂HO분자식 : CH₃CH₂OH분자량 : 46.1특유의 냄새와 맛이 있는 무색의 액체. 응고점 －114.15℃. 끓는점 78.3℃. 0.7892. 폭발 한계 3.5~19. 물, 그 밖의 알코올, 에테르, 케톤, 클로로포름, 기타의 유기 화합물에 녹는다. 탄화수소유 특히 가솔린과는 무수 상태에서는 완전히 녹아 합쳐지는데 물이 존재하면 2층으로 분리된다. 공업용 알코올은 무세(無稅) 취급을 받고 있으며 이것이 음료용(알코올성 음료)으로 전용되는 것을 방지하기 위해 독성이 강한 메틸알코올이 혼입되어 있다. 이것을 변성 알코올(英 denaturated alcohol)이라고 한다. 6국 알코올은 85.80~87.35% 또는 90.09~91.29vol%(15℃), 2국 소독용 알코올은 69.87~74.87% 또는 76.78~81.17vol%(15℃), 2국 무수 알코올은 99.11% 또는 99.46vol% 이상(15℃)으로 되어 있다. 약국방에서는 알데히드 또는 기타의 환원성 이물(異物) 및 메틸알코올, 아세톤의 함유에 대해 시험법을 규정하고 이것에 적합할 것을 요구하고 있다.3. 실험 시료 및 기구(1) 참이슬 fresh· 알코올 도수 : 17.8%(2) 매화수· 알코올 도수 : 14%4. 실험 방법(1) 도수가 다른 두 개의 술을 준비한다.(2) 두 개의 술이 섞일 수 있게 주둥이를 맞물려 세운다.(3) 두 액체의 혼합 과정을 관찰한다.5. 실험 결과두 개의 술이 혼합되는 과정참이슬 fresh에서 일어나는 밀도류 관찰매화수에서 일어나는 밀도류 관찰6. 결과 분석 및 고찰실험에 사용한 참이슬 fresh의 알코올 도수는 17.8%, 매화수는 14%로 참이슬 fresh의 알코올 도수가 매화수보다 높다.밀도가 다른 두 액체에서는 밀도가 높은쪽이 아래로 밀도가 낮은쪽이 위로 향하게 되는데, 실행한 이번 실험의 경우 도수가 높은 참이슬 fresh를 아래쪽에 두고 상대적으로 도수가 낮은 매화수를 위쪽에 두었다. 앞에 설명한 밀도에 따른 액체의 거동에 따르면 두 개의 술은 섞이지 않음을 알 수 있지만, 실험 결과 두 개의 술이 섞이는 것을 확일 할 수 있었다.
