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열역학 핵심 요약

열 역 학1. 1공업열역학(=기계 열역학)열에너지를 기계적인 에너지로 전환시킴에 있어서 과정 또는 사이클을 이용하여 경제성 및 효율성을 추구하는 학문가. 계(system)와 동작물질① 과정(Process) : 계를 이루기 위한 부분적인 요소 즉, 부분적인 경과- 가역과정 : 과정 도중의 임의의 점에 있어서 열역학적(=열적, 역학적, 화 학적) 평형이 유지되며 어떤 마찰도 수반하지 않고, 따라서 계가 경로를 통하여 운동할 때 계의 주위에 하등의 영향을 남기지 않는 변화로써 실제로는 존재하지 않는다.- 비가역과정 : 자연계에 변화를 남기는 것② 계(System) : 과정의 집합체㉠ 밀폐계(Closed system) = 비유동계 : 계의 목적이 성취되기 위해서는 반드 시 밀폐의 조건이 요구되는 경우의 계. 즉, 계의 경계를 통하여 질량유동 이 없는 계 ex) 내연기관㉡ 개방계(Open system) = 유동계 : 계의 목적이 성취되기 위해서는 반드시 개방의 조건이 요구되는 경우의 계. 즉, 계의 경계를 통하여 질량유동이 있는 계 ex) 펌프, 터빈, 압축기, 프로펠러㉢ 절연계(Isolated system) : 대기와 열교환을 하지 않는 계 ex) 로켓트③ 동작물질(동작유체, 작업물질 : Working substance) : 계의 목적달성을 및 계 의 작동을 위하여 반드시 필요로 하는 물질.특징: 반드시 상의 변화를 일으켜야 한다.ex) 냉동기의 냉매, 자동차의 연료, 증기기관의 수증기1.2 상태와 성질① 상태량(=Quality)㉠ 기본상태량 : 압력(P), 체적(V), 온도(T)㉡ 열적상태량 : 내부에너지(U), 엔탈피(H), 엔트로피(S)↑↖ ↗P1← V1 T1 →↙ ↘↓※ 참고 : 점함수(= 상태함수, 성질 : Point function)- 명확한 구분이 가능↑↖ ↗P2← V2 T2 →↙ ↘↓? 열(Q) 가함 열량(Q), 일량(W)는 점함수(=성질)가 아님. 과정, 경로, 도정 함수라고 함※ 참고 : 점함수: 전미분이 가능(d) 과정함수: 편미분(∂, δ)따라서101325㎩`=`79.993㎩ex)225㎜Hg`=` {225} over {760} ` TIMES `1.0332``㎏ _{f} /㎠``=`0.3059`㎏ _{f} /㎠500㎜Hg`=` {500} over {760} ` TIMES `101325``㎩``=`66661.18㎩700㎜Hg`=` {700} over {760} ` TIMES `1.01325``b``a``r=0.933b`a`r400㎜Hg`=` {400} over {760} ` TIMES `10.332mAq=5.44mAq19.6N/㎡(=㎩)=` {19.6} over {101325} ` TIMES `10.332mAq=0.002mAq7㎏ _{f} /㎠=` {7} over {1.0332} ` TIMES `10.332mAq=70mAqex) 대기압이 750mmHg 이고 진공도 30%일때 절대압력 몇 ㎩ 인가?우선,진공도`=` {진공압} over {대기압} ` TIMES `100(%)```````30`=` {진공압} over {750} ` TIMES `100(%)#``진공압`=`225mmHg````````결국,`절대압력``P``=`P _{0} `-`P _{g} ``=`750-`225`=`525mmHg#```= {525} over {760} ` TIMES `101325㎩`=`69994.2`㎩` image 70000㎩※1atm(표준대기압)``=`1.0332`㎏ _{f} /㎠````,``1ata(=at`:`공학기압)`=`1`㎏ _{f} /㎠⑥ 온도(Temperature)㉠ 섭씨온도(Centigrade(=celsius) temperature) : ℃빙점 : 0℃ , 비등점 : 100℃ 100등분㉡ 화씨온도(Fahrenheit temperature) : ℉빙점 : -32℉ ,비등점 : 212℉ 180등분※ 화씨와 섭씨는 1.8배※ 섭씨온도(t ℃) 와 화씨온도 (t ℉)의 관계식{t` CENTIGRADE ``-`0} over {100} ``=` {t FAHRENHEIT `-`32} over {180} ````````t` CEN`㎉/㎏?m``～`일의`열상당량(즉,`일을`열로`환산해`줌)ex) W= 8000㎏f?m Q = 800㎏f?m / 427㎉/㎏f?m = 8000/427 ㎉또한`J= {1} over {A} `=`427㎏?m/㎉열의 일 상당량(즉, 열을 일로 환산)ex) Q = 80㎉ → W = 80*427 ㎏fmQ =A ?W 즉,W``=` {1} over {A} `Q``````W=J?Q①1PS`=`75㎏ _{f} m/s``=`75㎏ _{f} m/ {1} over {3600} `hr`=`75 TIMES 3600`㎏ _{f} m/hr``=` {75` TIMES `3600} over {427} `㎉/hr1`㎰`=`632.3`㎉/hr~ 동력의 단위1`㎰h`=`632.3`㎉~ 에너지의 단위②1㎾`=`102㎏ _{f} m/s``=`102㎏ _{f} m/ {1} over {3600} `hr`=` {102` TIMES `3600} over {427} `㎉/hr`=`859.95`㎉/hr1`㎾`=`860㎉/hr=860` TIMES `4.1855KJ/hr=3600KJ/hr1`㎾h`=860㎉=3600KJ~ 에너지의 단위1.9 열효율(η)eta `=` {출력(Output``power)} over {입력(input`power)} `=` {P _{0}} over {P _{i}}① 발열량(H) : 단위중량당 발생열량(㎉/㎏f)종류: 저위 발열량(Hl) , 고위 발열량(Hh)② 연료소비율(fe) : 단위시간당 소비되는 연료의 무게(㎏/hr)결국,열효율( eta )= {정미`출력(=동력`=`공률`:`㎉/hr)} over {저위발열량(H _{l} `,`㎉/㎏ _{f} )` TIMES `연료소비율(f _{e} `,`㎏ _{f} `/hr)} ` TIMES `100(%)= {P} over {H _{l} ` TIMES f _{e}} ` TIMES `100(%)제 2장. 일과 열(=열역학 제 1법칙)= 에너지 보존의 법칙을 적용P(㎏f/㎡)면적면적`:`㎥ TIMES ㎏ _{f} /㎡`=㎏ _{f} `m`=`일량` P-V er {dT} `) _{v} `=`T( {PARTIAL s} over {PARTIAL T} ) _{v}여기서`` delta q`=`du`+`Apdv,```[`v=c`` REL RARROW {`미`분} {} ``dv`=`0``]`,````` delta q````=`du,``````` Partial q`=`du`du`=C _{v`} `?``dT(`㎉/㎏ _{f} `),```````dU=G``?``C _{v`} `?``dT(`㎉)공기의 경우 : Cv = 0.171 (㎉/㎏f) = 0.171 * 4.1855 (KJ/㎏f℃)② 정압비열(Cp) : 일정한 압력하에서 1㎏ 의 가스의 온도를 1℃ 상 승시키는데 요하는 열량C _{p} `=`( {Partial q} over {Partial T} ) _{p} `=`( {㎉} over {㎏ _{f} `?` CENTIGRADE } ) _{v} ``=`( {dh} over {dT} `) _{p} `=`T( {Partial s} over {Partial T} ) _{p}여기서`` delta q`=`dh`+`Avdp,```[`p=c`` REL RARROW {`미`분} {} ``dp`=`0``]`,````` delta q````=`dh,``````` Partial q`=`dh`dh`=C _{p`} `?``dT(`㎉/㎏ _{f} `),```````dH=G``?``C _{p`} `?``dT(`㎉)공기의 경우 : Cp = 0.240 (㎉/㎏f) = 0.240 * 4.1855 (KJ/㎏f℃)※ 주울의 법칙(Joule's law)완전가스(=이상기체)에서 내부에너지와 엔탈피는 온도만의 함수이다.즉,``dU`=`G`?`C _{v} `?dT``=`f(T)``,```````dH`=`G`?`C _{p} `?dT``=`f(T)`※ 비열비(κ) : 정압비열(Cp) 과 정적비열(Cv)의 비kappa `=` {C _{p}} over {C _{v}} `````````그런데,`C _{p} >C _{v} ```````,` kappa `는````항상`1보다`크다.`공기```````````` int _{1} ^{2} {delta q````= int _{1} ^{2} {du```````````````` _{1} q _{2} ````=` DELTA u`=`u _{2} -u _{1}} `}⑵ 정압변화p=C`````` -> ```dp=0,``````````` {pv} over {T} ``=`C````` RARROW ```` {v} over {T} `=`C``` -> ```` {v _{1}} over {T _{1}} ```=` {v _{2}} over {T _{2}} ``①``절대일`:` _{1} w _{2} `=` int _{1} ^{2} {pdv`=`p(v _{2} -v _{1} )=R(T _{2} -T _{1} )`}`②`공업일`:`w _{t} `=`- int _{1} ^{2} {vdp`=`0``````( BECAUSE `dp`=`0)}`③`내부에너지``:`du`=`C _{v} `?`dT`````````` RARROW `````` int _{1} ^{2} {du`=`C _{v} ` int _{1} ^{2} {dT`````````` RARROW ```````` DELTA u`=C _{v} (T _{2} `-T _{1} )`}}#`````````````````````````````````````````````````````````````````````=` {A?R} over {kappa -1} `(T _{2} `-T _{1} )``````=` {A} over {kappa -1} (p _{2} v _{2} `-p _{1} v _{1} )`( BECAUSE pv=RT)`#````````````````````````````````````````````````````````````````````=` {A?p} over {kappa -1} (v _{2} `-v _{1} )````④`엔탈피```:`dh`=`C _{p} `?`dT`````````` RARROW `````` int _{1} ^{2} {dh`=`C _{p} ` int _{1} ^{위를 1

공학/기술| 2010.04.07| 33페이지| 2,500원| 조회(1,479)

열역학, Thermodynamic, Thermodynamics

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아르키메데스 밀도 측정

1. 아르키메데스 이론아르키메데스 법의 이론적 근거를 먼저 살펴보자. 아르키메데스 원리는 어떤 고체를 액체 속에 집어넣으면 그 고체의 무게는 제거된 액체의 무게만큼 가벼워진다는 것이다. 우리가 잘 알고 있는 아르키메데스의 일화에서는 어떤 고체를 물 속에 넣어 넘친 물의 양을 측정하면 그 물체의 부피를 알 수 있다. 넘친 물의 무게와 부피가 같은 크기(밀도=1g/㎤)이므로 단위만 바꿔주면 그 물체의 부피로 삼을 수 있다. 이제 물체의 무게를 그 부피로 나누면 물체의 밀도를 구할 수 있다. 즉, 오직 물과의 밀도비(=비중)를 구하고자 한다면 굳이 부피를 직접 구할 필요가 없다. 더구나 부피를 측정하기 위한 과정에서 다소간의 오차가 발생할 수 있으므로 정밀한 밀도 측정시에는 바람직하지 못하다. 따라서 부피를 측정하지 않고 오직 무게만을 이용해서 구해보도록 한다. 우리가 비중을 구하고자 하는 시료의 부피가 V1(㎤)이고 모양이 불규칙하며, 실제 밀도는 물보다 큰 2(g/㎤)라고 가정하자. 만약 이 시료의 질량이 m(g)이라 한다면 밀도는(g/㎤)이다. 하지만 부피를 직접 정확히 측정할 수 없는 상황이다. 그러나 이 시료를 물속에 넣어서 그 때의 무게를 측정하여 간접적으로 구하는 방법이 있다. 물속에서의 무게는 기공과 물의 부력으로 인해 대기 중보다 분명히 가볍게 측정될 것이다.이제 공기의 밀도는 0, 물의 밀도는 1(g/㎤)라고 가정하고, 물속에서 부피가 V1(㎤)인 물의 무게를 잰다고 생각하자. 주위 환경과 밀도가 같으므로 그 위치에서 정지하게 되고 그래서 무게는 0이다.(대기 중에서라면 V1(g)이 된다!) 그리고 이 부피중의 일부분이 점차 고체 시료로 바뀌어져 2/3가 이 시료로 채워진다고 생각해보자. 부피 V1는 변하지 않고 오직 무게만이 증가하여 가라앉을 것이다. 부피 V1(㎤)중 1/3은 현재 물로 채워진 open pore의 부피이고, 2/3가 고체 시료인 것이다.이제 이 시료의 대기 중에서 건조된 무게를, open pore를 물로 채우기 위해 끓인 후 물 속에서의 무게를, 그리고 시료의 open pore를 물로 채운 상태에서 시료 표면의 물기만을 제거한 후 대기 중에서 측정한 무게를, open pore만의 부피를라 하자.====물의 밀도는이므로이라 생각할 수 있다. 비록 단위는 다르지만 물의 밀도를 이용하여 open pore의 부피를 구한 것이다. 그리고는 물과 대기 두 환경의 밀도 차로 인해 발생한 것이고 결국 이 양은 시료의 부피에 해당하는 물의 양이 되어이다. 따라서이다.따라서 기공율은=이고, 시료의 흡수율은 대기 중에서의 시료의 무게에 대한 흡수된 물의 무게이므로이다. 마지막으로 우리가 구하고자하는 시료의 비중은 겉보기 비중으로서=가 된다. 만약 측정시 사용된 물의 밀도가 정확히 1(g/㎤)라면 이 값은 고체 시료의 겉보기 밀도라 할 수 있다.2. 아르키메데스 공식* 겉보기 기공율의 계산겉보기 기공율(%) P0는 다음 식에 따라 계산하고, 소수점 이하 4자리까지 구한다.* 흡수율의 계산흡수율(%) Aw는 다음 식에 따라 계산하고, 소수점 이하 3자리까지 구한다.* 겉보기 비중의 계산부피 비중 Db는 다음 식에 따라 계산하고, 소수점 이하 3자리까지 구한다.3. 실험 방법? 전자저울을 사용하여 건조된 시편의 무게()를 g단위 소수점이하 3자리까지 측정 및 기록한다.① 적당한 크기의 비커에 증류수를 1/2정도 채우고 시편들을 서로 닿지 않도록 비커에 담는다.

공학/기술| 2009.11.22| 4페이지| 1,000원| 조회(3,857)

밀도, 아르키메데스, 측정, 아르키메ㅤㅁㅔㄷ메데, 아르키킴키메데스법

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입자가속기

입자가속기 (Particle Accelerator)하전된 원자나 그보다 작은 입자들의 빠른 빔을 만드는 기구.이것을 이용하여 물리학자들은 핵의 구조, 핵력의 성질, 그리고 자연상태에서 발견되지 않는 핵들(우라늄보다 무거운 원소나 그외 불안정 원소들)의 성질에 대해 근본적인 연구를 한다. 가속기는 또 방사성 동위원소의 생성, 산업용 방사선사진법, 암치료법, 생체의 소독, 플라스틱 중합(重合) 등에도 이용된다. 초대형 가속기들은 기본 소립자들간의 근본적인 상호작용 연구에 이용된다.가속기의 효율은 보통 입자의 속력보다는 그 운동 에너지에 의해서 결정된다. 일반적으로 쓰이는 에너지의 단위는 eV( 전자 볼트)인데 그것은 전자와 같은 전하를 갖는 입자가 1V 차이의 전극을 지났을 때 얻는 에너지이다. 가속되 는 입자의 질량이 매우 작기 때문에 가속되는 입자의 운동 에너지는 매우 큰 속력에 해당한다. 즉 가장 작은 이온 가속기에서의 입자속력은 약 8,000㎞/s로 광속의 약 3％가 된다. 가속되는 입자들로는 전자·양전자(전하가 양인 전자) 같은 이온화 양성자(이온화된 수소), 중양성자(이온화된 중수소), 알파 입자(이온화된 헬륨) 같은 무거운 이온화 원자가 있다. 때에 따라서 그 입자의 빔 자체(1차 빔)가 직접 쓰이기도 하지만 이러한 1차 빔을 어떤 표적에 부딪히게 하여 X선·중성자·중간자·중핵자(重核子)·중성미자(中性微子) 같은 2차 빔을 만들어내는 경우도 있다. 가속기 중에서는 전자가 굽은 경로를 광속에 가까운 속력으로 지날 때 나오는 강한 복사( 싱크로트론 복사)를 이용하기 위한 것이었다.가속기는 가속될 입자를 만드는 부분, 가속시키는 진공관, 가속에 필요한 전기장을 만드는 부분으로 나누어진다. 전자는 열이온 방출(가열된 고체 표면으로부터의 전자 방출)에 의해 얻어질 수 있다. 양전자는 전자가속기의 2차 입자로 만들어진 다음에 가속된다. 음이온과 양이온들은 낮은 압력의 관 속 기체에서의 전기적 아크나 글로 방전에 의해 만들어지는데, 이 이온들을 관에 있는 구멍을 밑에서 입자를 2회 가속할 수 있는 장치도 개발되어, 이같은 장치를 두 대 병렬연결하면 108 eV에 가까운 가속 능력이 얻어진다.⑵ 사이클로트론: 운동하는 하전입자가 자기장 속에서 원을 그린다는 것을 이용해서, 자기장 속에서 입자를 회전시키면서 그 회전주기에 맞추어 고주파 전압으로서 되풀이하여 가속하는 것. 사이클로트론은 1932년 미국의 E.O.로렌스가 고안한 것이고, 큰 전자석의 극 사이에 원통형의 가속관을 두고, 이 관을 끼고 D라는 반원형 중공전극을 서로 마주보도록 배치하였다. 입자는 가속관의 중앙에 있는 이온원에서 방출되어, 강력한 자기장 안에서 운동을 시작하며 D의 틈새를 입자가 통과할 때마다 진행 방향으로 가속을 받도록 전압을 걸어준다. 입자는 가속됨에 따라 회전반지름은 증가하나, 회전주기는 변하지 않으므로, 입자가 원을 반바퀴 도는 동안에 전압의 방향이 반대가 되도록 고주파 전압을 D에 걸면 입자는 한층 더 가속된다. 이 경우 가속한계는 자석이 만드는 자기장의 세기와 자극의 반지름에 의해 결정되지만 자기장의 세기에는 사실상 철(鐵)의 자기포화(磁氣飽和)에서 오는 한계가 있으므로 가속 능력을 높이기 위해서는 자극 반지름을 증가시키도록 한다. 따라서 사이클로트론의 가속 성능의 지표로서 자극의 지름이 사용된다.⑶ 싱크로사이클로트론(synchrocyclotron):사이클로트론은 자기장의 세기가 균일하면 입자의 회전주기는 일정하게 된다는 것을 기본원리로 한 입자가속기이나 가속입자의 속도가 광속도에 접근함에 따라 이 원리는 적용되지 않는다. 입자의 속도가 고속화되어 광속도에 접근하면 그 입자의 질량은 상대론적 효과 때문에 급격히 증가하고, 이에 따라 입자의 회전주기도 길어져 가속전압의 주기에서 벗어나게 된다. 이 같은 경향은 특히 질량이 작은 전자의 경우에 뚜렷하게 나타난다. 이 때문에 사이클로트론에서는 전자를 가속하지 않는다. 사이클로트론의 가속한계성을 극복하는 방법은 ㉠ 각 입자의 에너지를 어느 일정한 값으로 조정해 놓고 고주파 전압의 주파수를 점차로싱크로트론:다른 가속기로서 예비적으로 가속된 입자를 전기장과 자기장의 작용 하에서 처음부터 원궤도에 따라 가속하여 10억eV 이상의 높은 운동에너지로 가속시킬 수 있는 장치. 1945년 미국의 맥밀런과 소련의 벡슬러가 각각 독립적으로 착상해서 만들었다. 처음에는 전자싱크로트론으로서 출현되었으나 1950년을 전후해서 양성자싱크로트론이 같은 가속원리에 따라 잇따라 건설되었다. 이 장치로서 얻어진 고에너지입자빔은 자연의 우주선에너지에 버금가는 것으로, 인공적으로 V입자(hyperon)와 반양성자(反陽性子)의 발견을 가능하게 했을 뿐만 아니라 고에너지물리학, 즉 소립자물리학의 혁신적인 발전을 가져왔다. 양성자싱크로트론의 설계에는 고주파발진기나 전자석의 특성 등 여러 가지 기술적인 어려움이 따르고, 10억 eV급의 양성자싱크로트론 제1호는 1952년 미국에서 완성되었다. 그 후 베바트론, 싱크로파조트론(소련), 유라톤(스위스, 유럽 공동) 및 브룩헤이븐의 양성자싱크로트론(미국) 등이 운전되었다. 1952년 미국의 리빙스턴이 가속입자빔을 가늘게 할 수 있는, 강집속의 원리를 발견함으로써 전자석(電磁石)을 보다 작게 할 수 있게 되었다. 브룩헤이븐과 유라톤은 이 방법이 적용된 가속기이다.⑹ 선형가속기(linear accelerator:Linac):직접 고전압을 걸어주지 않고 비교적 낮은 전압으로서 하전입자를 직선형으로 가속하는 장치. 중공원통형의 전극을 직선 위에 많이 나열하고, 그것을 하나씩 건너서 연결하여 고주파 전압을 걸어준다. 각 전극의 길이를 알맞게 잡고, 입자들은 전극들 사이의 간격에서 가속되므로, 다음 간격에 나타날 때까지는 고주파 전압의 위상이 역전되도록 해두면 높은 에너지가 얻어진다. 1931년 미국의 로렌스가 고안한 방식이며 그 당시는 별로 주목받지 못했으나, 제2차 세계대전 후 초단파기술의 진보로 각광받게 되었다. 실제의 가속기 구조에서는 양성자가속기와 전자가속기는 서로 다르다. 양성자의 경우는 공동공진기 속에 동심원통의 전극을 나열한 것을 가속관으로 에 이르는 거대한 지하터널에 설치될 예정이다. 또한 21세기 입자물리학의 과제는 질량의 기원을 찾는 작업이다. 2005년에 CERN에서 가동될 LHC프로젝트는 우주탄생 직후의 상황을 재연하는 연구로 물리학 분야의 게놈프로젝트라고 불린다. 이 연구는 물질의 기본을 이루고 있는 소립자에게 질량을 부여하는 매개체로 추정되고 있는 ’힉스‘의 존재를 확인, 우주가 어떻게 생성됐는지를 밝혀내는지를 밝혀내는데 주력하고 있다.?사진 내 하얀 원으로 표시된 지역의 지하터널 속에 CERN의 최대 가속기인 LEP가 설치되어있다.우리나라도 LHC의 연구의 주요 검출기 제작을 담당하고 실험 설비를 수출하는 등 우주 생성의 비밀을 캐는 국제 연구에 공동으로 참여하고 있다. LHC 프로젝트 중 우리나라가 맡은 부분은 ‘힉스’의 존재 여부를 밝히는 데 결정적인 역할을 담당하고 있는 소립자 뮤온 (μ)검출작업이다. 함국 공동 연구팀이 LHC 실험에 사용되는 주요 검출장치 중 하나인 ‘집약형 뮤온 솔레노이드 (CMS)검출기’ 제작에 참여하고 있다. 전세계 물리학자들은 우주의 근원물질을 밝히려는 연구에 몰입하고 있다. 20세기초까지 물리학자들은 원자가 가장 기본적인 입자라고 생각했다. 그러나 1911년 러더퍼드가 원자 내 원자핵의 존재를 발견했으며, 이후 물리학자들은 원자핵도 양성자(proton)와 중성자(neutron)로, 양성자와 중성자는 또 쿼크(quark)라는 소립자로 구성돼 있다는 것을 알게 됐다. 현재 우주 근원물질은 경입자(repton)인 전자, 뮤온 중성미자, 타우 중성미자 등 6개와 업(up), 다운(down), 바텀(bottom) 등 6개의 쿼크 등 총 12개로 알려져 있다. 이들 중 아직 질량 유무가 확인되지 않은 것은 중성미자로 전세계 물리학계의 최대 관심사가 돼왔다. 물리학자들은 중성미자의 질량유무가 확인된다면 우주 물질의 존재를 밝혀내는 중요한 실마리를 풀 수 있을 것으로 전망하고 있다.물리학자들은 또 ‘힉스’(higgs)의 존재를 밝히려는데 집중하고 있다. 힉스는 전의 참여 속에, 1985년부터 연구 개발이 시작되었다. 1992년에 주요검출기들이 설치되었으며, 그 후 계속 검출기의 개선( upgrade )이 진행 중이다. 2007년까지 축적될 총 데이터량은 1 fb - 1 ( inverse femto barn) 으로, 본 연구에서 추구하는 주요 물리학 현상들에 대한 연구를 요약하면 다음과 같다. 인류 최대의 초 고에너지의 광자 현미경으로써 현존하는 실험 분해능보다 적어도 100 배 이상의 분해능을 보유하여 물질( 양성자 및 쿼크 )의 하부구조(쿼크와 글루온의 밀도, 또는 쿼크의 구조 )를 향후 10년간 극히 정밀하게 연구하려 한다. 세계 최대의 hadron 또는 jet 에너지 분해능을 가진 ZEUS Calorimeter 를 이용, 강력상수의 에너지(Q2)의존도의 단일 실험상에서의 유일한 측정으로 QCD 이론의 Non-Abelian 성격의 궁극적인 규명을 할 예정이다. HERA 가속기는 전자-쿼크(ep)의 충돌이외에 광자-쿼크 ( gp ) 충돌가속기로서의 역할도 동시에 할 수 있어, 광자-양성자 충돌실험으로 광자의 하부구조를 쿼크에 의해 탐침 ( probe )하는 최초의 정밀 실험이 될 것이다. 한편, 최근의 ZEUS실험에서 표준모형( Standard Model )이 아닌 Regge 이론에서 설명될 수 있는 고에너지 회절 ( diffractive ) 현상과 이 현상의 상호작용 중간자인 Pomeron 의 뚜렷한 흔적이 발견되어, 이러한 새로운 현상의 정량적인 규명과 Pomeron 의 구조가 곧 밝혀질 것이다. 마지막으로, ZEUS 실험에서는 매우 넓은 kinematic 영역에서 여러 종류가 다른 현상들은 물론, 새로운 입자와 상호작용의 발견을 기대할 수 있다. 특히, high-x, high-Q2 영역에서 초대칭이론 ( SUSY ; Super Symmetry ) 또는 Leptoquark으로 추정될 수 있는 최근의 충격적인 사건들의 발견으로 표준모형을 넘어선 차세대 물리학의 새로운 장이 열릴 것으로 기대한다.(3) 미국의 FNA다.

공학/기술| 2009.11.12| 9페이지| 1,000원| 조회(436)

입자, 가속기, 활용분야, 입자가속

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나노입자의 응집 방지 평가B괜찮아요

○ 나노입자의 반데르 발스 힘에 의한 응집화(agglomeration or aggregation)를 방지 할 수 있는 시스템의 예를 들어 설명하시오.입자의 직경이 수십 nm 이하의 금속 나노입자는 벌크의 입자와 많은 점에서 다른 특성을 갖고 다방면의 응용이 진행되고 있다. 그러나 20nm 이하가 되면 입자 지름의 감소에?동반하는 표면 에너지가 급격히 커지게 되어 입자간 거리가 극히 짧아지고 입자간 반데르발스힘이 입자 자신 중력보다 매우 크기 때문에 입자 상호응집이 일어난다. 이런 나노입자의 응집화 현상을 바이하기 위해 여러 가지 응집억제책이 연구되는 한편, 적당하게 응집하는 방법도 연구되고 있다.이와 같은 제한사항이 있기 때문에, 분산성이 높은 나노입자를 얻기 위해서는 입자 생성 단계에서 동시에 분산조작을 실시하여 응집을 막거나, 나노입자 사이 협소한 공극에도 침입가능한 비교적 저분자로 흡착력이 높은 분산제의 개발 이 필요하다.첫 번째 방법의 대표사례로서는 역미셀법이 있는데, 이는 내부에 친수기, 외부에 소수기로 둘러 쌓여진 구상미셀을 oil 중에 형성시켜, 내부에 입자의 원료성분이 용해된 수상을 유지시키면서, 교반 등에 의하여 미셀을 합체시켜 미셀 내에서 입자를 합성함. 입자경은 내부의 물의 양에 의하여 조정가능하다. 이 방법으로 얻어진 CdS 등의 나노입자는 규칙적인 최밀충전구조의 집합체를 형성한다는 것이 TEM 관찰 등으로 확인되었다. 그러나, 이 프로세스는 공정관리가 복잡하고 얻어진 규칙구조도 극히 국소적이며, 합성량도 작아 실용화에는 많은 과제가 있다. 또한 hot-saop법이 있는데 이 방법은 계면활성제로 트리-n-옥틸포스핀옥시드(TOPO, (C8H17)3PO) 또는 트리-n-옥틸포스핀(TOP:(C8H17)3P)을 200~300℃의 고온반응장 겸 배위자로 이용하여 원료인 유기금속화합물을 고온에서 직접 주입하여 직경분포가 좁은 반도체 나노입자 CdS, CdSe, CdTe를 합성하는 방법이다.두 번째 방법으로는 분산제를 이용하는 것인데, 분산제란 분자내에 친유성과 친수성의 상반되는 성질을 가지는 일종의 계면활성제이며 , 액체 중에 분산하기 어려운 무기 , 유기 안료 등의 고체 입자를 균일하게 분산시켜 , 고체 입자의 침강이나 응집을 방지해 , 안정인 서스펜션을 형성하는 약제이다. 분산제는 고체 입자에 흡착해, 응집하고 있는 고체 입자를 액체로 젖기 쉽게 한다. 또한, 고분자형의 분산제는 고체 입자 표면에 흡착층을 형성하거나 고체 입자의 표면 전하를 증가시키거나 입체 장해에 입자간의 반발력을 높인다.

공학/기술| 2009.11.12| 2페이지| 1,000원| 조회(722)

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금속의 초소성 현상 평가B괜찮아요

○ 초소성(Superplasticity)현상이란 무엇인가?결정립이 매우 미세한 합금(보통 10~15이하)은 특정온도 및 낮은 변형률 속도에서의 초소성 거동으로 매우 큰 연신률(최대 2000%)을 얻을 수 있게 된다.저응력에서 거대한 연성(탄성 한도를 넘는 응력에서도 물체가 파괴되지 않고 늘어나는 성질)을 나타내는 기능을 가진 재료를 말한다.초소성을 나타내는 재료는 50년 이상 전에 이미 발견되었지만, “거대한 연신(延伸)은 약함”이라는 선입관 때문에 관심을 받지 못하다가, 피어슨(Pearson, 1934) 및 제2차 대전 후 소련에서의 계통적 연구 발표에 의해 수백% 정도의 거대 연신에도 불구하고 결정입자가 늘어나지 않고 등축정(等軸晶)을 유지한다는 현상이 발견되어 세계적으로 연구하게 되었다.초소성 현상을 이용하면 재료를 파단(破斷)하지 않고 작은 힘으로 복잡한 형상으로 성형할 수 있으므로 초소성 가공은 금형 강도가 작아도 되며 또한, 얇은 막을 열성형 가공할 경우에도 같은 박판을 금형 위에 놓고 공기압으로 가공할 수 있기 때문에 금형은 한 쪽만 필요하게 되어 금형 비용도 절반으로 줄일 수 있다. 더구나 성형은 작은 힘으로 가능하기 때문에 대형 제품의 일체성형도 용이하다는 특징을 갖고 있다. 이러한 특성을 살려 초소성 기능 재료는 경량화가 요구되는 항공기 재료나 자동차 구동장치 부품 등으로 이용이 기대된다.초소성 재료는 크게 『항온 초소성(절대 온도로 나타낸 융점의 1/2 이상에서 일정 온도로 유지하여, 어떠한 조건이 갖추어지면 작은 하중에서도 거대한 연신을 나타내는 것)』과 『동적 초소성(동소 변태를 포함하는 재료로 변태점 이하로 열 사이클을 가하면서 부하를 걸면 작은 하중에서도 거대한 연신을 나타내는 것) 』으로 나누어진다.대표적인 재료에는 Zn-22Al공석 합금이 있지만 일반적으로 이것뿐만 아니라 어떤 재료라도 조건만 갖추어지면 초소성 거동은 가능하며 이밖에 각종 Al합금, Pb합금, Sn합금, Ti합금, 철강재료 등이 있다.○ 초소성(Superplasticity)현상의 원인통상적으로 다결정의 금속과 합금은 Hall-Petch Equation에 의하면 입도(d)가 감소함에 따라 항복강도()가 증가된다. 마찬가지로 경도도 입도와 직접적인 상관관계가 있다. 그러나 나노미터로 내려가면 입도가 감소함에 따라 Hall-Petch식의 기울기는 더 적은 값으로 증가한다. 약 20nm이하의 초미세 입도에서는 어떤 금속에서는 반대로 연화효과 혹은 Hall-Petch식과 반대의 결과가 나타나는 경우가 있다. 금속과 합금에서 입계 미끄럼, 크리프 확산, 삼각 교차점, 기공 및 불순물로 인하여 Hall-Petch식과 반대의 결과를 나타내곤 한다.나노결정의 금속은 임의의 저온(용융점에 대한 시험온도의 비율을 기준으로 함)과 높은 변형속도에서 초소성이 발견되었다. 나노결정의 금속과 합금의 초소성은 일반적으로 본질적인 경향을 따르지만 응력과 변형경화 속도의 수준에서 보면 중요한 차이점이 있다. Lu 등은 전기용착된 나노결정의 구리는 상온에서 압연한 후에 5000% 이상의 연신율을 나타내었다고 보고하였다. 그러나 압연이나 압착 시에 나타나는 큰 연성은 잘록한 부분(neck)의 불안정성 및 공동(空洞)은 변형이 일어나는 동안에 존재하지 않기 때문에, 초소성의 참다운 기준이 될 수 없다. 이러한 관점에서 저온과 빠를 결정속도에서 나노결정으로 된 물질에 대한 인장시의 초소성에 대한 의미를 특정짓는 것이 필요하다.결론적으로, 나노결정으로 된 물질의 강화에 대한 기초를 이해할 필요성이 있다. Hall-Petch식에 대하여 관찰된 편차의 원인을 해석하는 데 많은 시도를 하였지만,Hall-Petch식에 대한 반대의 실험결과는 아직까지 논쟁의 여지가 있다. 여기에 나노기공, 입계 슬라이딩, 입계 회전 삼각 교차점 및 크리프 확산 등이 내재되어 있기 때문이다. 연화에 대한 메커니즘은 현재상태에서는 거의 이해할 수 없다. 임계크기 아래에 있는 나노결정 물질의 기계적인 반응을 측정하는 데에 적당한 실험 장비를 활용하는 데에 한계가 있다고 생각된다. 한 가지 방법으로써 기공과 불순물이 없는 재료를 준비하는 것이 우리가 직면하고 있는 도전 중의 하나이다.나노결정 금속은 일반적으로 제한된 인장소성을 갖고 있지만 압축과 압연 하에서는 소성변형성이 크다. 나노결정으로 된 Cu는 상온압연 시에 큰 소성변형을 나타내고 있으며 상온근처에서도 크리프성을 띠고있다. 반면에 나노 세라믹에서는 초소성을 일으키는 데 필요한 값(m=1/3) 이하의 크기로 변형속도 감도의 값은 매우 작기 때문에, 상온에서의 초소성은 존재하지 않는다.

공학/기술| 2009.11.12| 3페이지| 1,000원| 조회(498)

금속, 나노, NANO, 초소성, suprplasticity

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