일반화학실험 | 금속(알루미늄)의 비열

 

 

 

TIP

 

 

1. 비열과 열용량의 정의를 알고 주어진 자료로 실험 설계를 직접 한 후 실험을 통해 열용량과 비열을 계산해 본다. 그 값을 실제 값과 비교하여 오차의 크기와 오차의 원인도 생각해 본다.
2. 물질의 비열에 대하여 알아보고, 열량계를 이용하여 금속의 비열을 구한다.

 

 

 

비열(比熱, Specific Heat)

단위질량을 가진 물체의 열용량으로 1g인 물체의 온도를 1℃ 높이는 데 필요한 열량이다. 일반적으로 온도에 따라 변화하나 기체에서는 부피와 압력에 따라 변화하기도 한다. 공업 방면에서는 1kg 물체의 열용량을 말할 때도 있다. 열량 단위를 cal로 나타낼 때 물의 비열은 1이 된다. 그리고 이 값은 수소 등 일부를 제외하면 예외 없이 크며, 물이 많은 물질 중에서 온도변화가 잘 일어나지 않는 물질임을 나타낸다.

 

일반적으로 물체의 비열은 온도에 따라 변화한다. 고온 및 극단적인 저온일 때는 별개로 하고, 상온 부근에서는 물질에 따라 고유한 값을 가진다고 보아도 된다. 그러나 기체에서는 부피를 일정하게 하고 열을 가했을 때와, 압력을 일정하게 하고 열을 가했을 때와는 값이 달라지는데, 나중 것이 더 크다. 이것은 압력을 일정하게 유지하는 경우에는 열의 일부가 기체의 팽창이라는 외부로의 일에 소비된다. 그러므로 온도를 높이기 위해서는 그만큼의 열을 더 가해야 되기 때문이다.

 

보통 이런 경우의 비열을 정압비열(定壓比熱:cp)이라 하고, 이것에 대하여 부피를 일정하게 유지하였을 때의 비열을 정적비열(定積比熱:cv)이라 한다. 정압비열과 정적비열이 이렇게 다른 값을 가지는 이유는 일찍이 존 돌턴(John Dalton)에 의하여 지적되었다. 율리우스 R. 폰 마이어(Julius R. von Mayer)는 이 사실을 기초로 하여 열의 일당량(當量)을 이끌어냈다.

 

이론적인 계산에 의하면, 기체의 cp와 cv의 차는 약 2/M(M은 기체의 분자량)가 된다. 이 값은 상온·상압(常壓)하에서는 거의 정확하다는 것이 확인되었다. 그리고 엄밀하게는 액체와 고체에 대해서도 cp와 cv를 구별해야 한다. 액체나 고체에서는 열에 의한 팽창을 억제하고 부피를 일정하게 유지하기 어렵다. 또 양자의 차는 아주 근소하므로, 보통은 정압비열을 그 물체의 비열로 한다.

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

(1) 10.171g의 알루미늄 조각의 질량을 정확히 측정한다.

 

(2) 시험관에 알루미늄 조각을 넣고 온도계를 중앙에 꽂는다.

 

(3) 400㎖의 비커에 증류수 300㎖를 넣고 핫플레이트 위에 올려놓는다.

 

(4) 시험관을 물이 들어 있는 400㎖ 비커에 담갔다. 이 때 시험관 바닥이 비커의 바닥에서 2～3㎝ 떨어지도록 클램프를 이용하여 스탠드에 고정시킨다.

 

(5) 물이 시험관 안으로 들어가지 않도록 주의하면서 물이 끓을 때까지 가열 한다.

 

비열 측정법 도식화

 

(6) 시험관 안에 꽂아 놓은 온도계가 98℃를 가리킬 때까지 가열한다.

 

(7) 50㎖ 비커의 질량을 측정한다.

 

(8) 정확히 24.95㎖의 증류수를 피펫으로 취하여 50㎖ 비커에 옮긴다.

 

(9) 취한 증류수의 온도를 측정한다.

 

(10) 50㎖ 비커를 보온재로 싸서 보온한다.

 

(11) (6)에서 가열한 알루미늄을 보온재로 싸여 있는 50㎖ 비커에 재빠르게 옮기고 물속에서 잘 저어준다.

 

(12) 물과 알루미늄 혼합물의 온도가 최고가 되었을 때의 온도를 기록한다.

 

 

 

[일반화학실험]금속(알루미늄)의 비열 레포트