[일반물리실험(1)] 2주차 선팽창계수 측정

[1] 실험값

선팽창계수 측정

 

고체 시료 (알루미늄) 실험값

고체 시료 (구리) 실험값

고체 시료 (철) 실험값

[2] 결과 분석

 

물질별 팽창계수

첫번째 알루미늄 실험에서는 측정한 알루미늄의 선팽창계수의 평균은 2.535°C, 오차율 -5.646%가 나왔고 두번째 구리 실험에서는 측정한 구리의 선팽창계수의 평균은 1.717/°C, 오차율 -7.3121% 세번째 철 실험에서는 측정한 철의 선팽창계수의 평균은 1.233*/°C, 오차율 -2.762%가 나왔다.

모두 초기 시료의 막대의 길이가 701mm로 동일하게 측정하였고 모든 실험의 온도변화가 차이가 크게 없다고 가정하면 알루미늄, 구리, 철 순으로 다이얼 게이지 눈금이 작게 변화했음을 확인 할 수 있다. 고로 알루미늄, 구리, 철 순으로 측정된 ** 값이 점점 작아짐을 확인 할 수 있다.

물질별 오차율

모든 실험에서 시료를 가열할 때의 오차율 보다 시료를 식히면서 계산한 오차율이 더 작게 측정되었다. 또한 모든 실험에서 실험  값이 참값보다 작게 측정되었다. 오차율 계산에 의해 모든 오차율이 음수의 값으로 나왔으며, 구리의 오차율의 절대값이 가장 크게 측정되었다.

[3] 오차 논의 및 검토

실험장치에서 줄자로 시료막대의 길이를 측정할 완벽히 수평으로 측정하는 것과 육안으로 눈금확인을 통해 소수점 2번째 자리까지 정확히 측정하는 것은 어렵다. 이로 인해 초기 시료막대 길이로 인한 오차가 발생 했을 것이다.

세 금속에서 모두 온도를 증가시키며 측정한 것보다 온도를 식히면서 측정한 것의 오차가 작았다. 온도가 오르는 과정이 더 급격하게 진행되어서 막대 전체의 열전달이 측정된 온도와 같이 균일하게 전달하지 못했을 것이다. 온도가 균일하게 전달되지 않았다면 ΔL과 ΔT의 측정에 영향을 끼쳤을 것이다

시료막대의 부피팽창도 고려하지 않았다. 시료막대가 팽창할 때 단순히 길이만 늘어나는 것이 아니라 부피도 팽창하게 된다. 부피팽창시 단순히 긴 부분에만 팽창이 집중되는 것이 아니기 때문에 실험  측정시 오차가 발생했을 것이다.

실험에서 제공한  은 모두 상온에서의 선팽창계수들이다. 우리 실험은 정확히 상온에서 진행되지 않아서 선팽창계수의 참값이 달라질 수 있다.

마지막으로 실험에서 실험 ** 값이 참값보다 작게 측정되었다. 충분한시간과 함께 수증기를 가열했을 때는 가열된 시료 막대는 100°C에 거의 근접하거나 100°C를 넘겼어야한다. 하지만 측정시 모든 시료막대는 100도를 넘기지 못했고 5분이상 관찰시 ΔL값은 고정된 값으로 확인했다.  계산시  로 계산하게 된다. 결과분석후 의 값이 참값보다 크게 측정 되었고 나머지 요인들이 비교적 고정되었다고 판단가능하므로 온도측정시 열전달이 고루 되지 못해서 기기에 반영되지 못했다고 판단하거나 기기가 시료막대의 전체적인 온도를 정밀하게 측정하지 못해서 오차가 발생 했을 것이라고 추측 가능하다.

[4] 결론

우리의 실험은 오차율이 모두 음수인 것을 보임을 확인할 수 있다 알루미늄은 -5.646%의 오차율을 보였고 구리의 경우 -7.3121%, 철의 경우 -2.762%의 오차율을 보였다. 모든 오차율이 10%미만이고 온도를 낮출 때의 일관성 있게 오차율이 줄어드는 것을 확인 할 수 있다.

위 실험을 통해 우리는 고체에 열을 가해 온도를 높이거나 온도를 낮출 때 고체가 열에 의해 길이가 늘거나 줄어든다는 사실을 확인 할 수 있다. 또한 알루미늄, 구리, 철 순으로 선팽창계수가 큰 순서대로 더 크게 늘거나 줄어듦을 확인하면서 선팽창계수가 길이의 변화정도와 비례함을 확인할 수 있다. 따라서 선팽창계수는 물질의 고유한 성질임을 이해할 수 있다.

 

[5] 여담

2주차_선팽창계수측정.xlsx

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그래프용 엑셀 첨부입니다 쓰실 분들은 쓰시면 될 것 같아요

'선팽창계수'인지 '선 팽창계수'인지 띄어쓰기 논란으로 조교님과 대화를 나누었습니다 ㅋㅋㅋ

조교님은 띄어써야한다고 주장하심 ㅋㅋㅋ

(조교님은 물리학과 학부졸에 복전으로 국어국문을 하셨다함)