일반화학실험 | 질량 부피 및 온도측정

 

 

 

TIP

 

 

1. 화학은 실험과학이므로 과학적 관찰로부터 출발한다. 과학적 관찰에는 정성적인 관찰과 정량적인 관찰이 있으나 본 실험에서는 정량적인 관찰을 중점으로 다룬다.
2. 저울사용법 및 부피측정법을 익히고 실험 데이터의 처리 및 불확실도 추정 방법 등을 배운다.
3. 기본적인 과학적 관찰은 정성적인 관찰과 정량적인 관찰로 나온다. 그중 정량적인 관찰인 질량, 부피, 온도 등을 측정할 수 있다.

 

 

 

정밀도와 우연 오차

1. 정밀도(precision)

실험 결과를 비교했을 때 일치되는 정도. 가능한 동일한 조건에서 측정을 반복하여 결정하고, 측정 간의 차이는 우연 오차에 기인한다. 즉, 기술(記述)하는 값들을 정밀하게 구별하는 정도. 예를 들면, 네 자릿수는 여섯 자릿수보다 덜 정밀하다. 그러나 정확하게 계산된 네 자릿수는 부정확하게 계산된 여섯 자릿수보다 더 정밀하다. 실험 결과를 비교했을 때 일치되는 정도를 나타내는 것이다.

 

하지만 이러한 측정집단은 반드시 참값에 가까운 것은 아니며, 참값에 가깝게 되기 위해서는 기기의 오차가 적어야 하므로 계통오차를 최소한으로 줄여야 한다. (양궁에서의 과녁으로 본다면, 정밀도가 높다는 것은 세 개의 화살을 쐈을 경우, 100점 부근이든, 90점 부근이든, 10점 부근이든 한 곳에만 집중적으로 세 발 모두가 관측되는 경우이며, 여기서 정확도가 높다는 것은 100점 과녁에 세 개의 화실이 모두 관찰되는 경우라고 보면 된다.)

 

2. 우연 오차(정밀도 부족, random error)

측정 시 제어하지 않은 또는 제어 할 수 없는 요인에 의해 발생한다. 측정 횟수를 늘림으로써 우연 오차에 의한 불확실성을 줄일 수 있다. 즉, 우연오차는 무질서하게 발생하며, 계통오차가 없을 때 실제 값보다 높거나 낮은 값을 만들어낸다. 우연오차는 항상 일어나지만, 그 크기는 측정자의 숙련도와 기기의 정밀도에 따라 달라지며 오차론의 대상이 된다. 즉, 우연오차는 과실에 따른 과실오차와 원인불명의 확률오차로 나누어진다.

 

이들 오차를 줄이기 위해 측정값의 평균을 취하거나 최소제곱법 등의 수단을 쓴다. 우연오차는 아무리 주의해도 제거할 수도, 보정할 수도 없다. 그러나 우연오차는 오차 및 오차를 포함한 근사값에 의한 계산식, 즉 이 오차의 함수를 확률적으로 연구하여 참값을 측정할 수 있다. 이 이론이 오차론(誤差論)이다. 이를테면 동일한 물건을 n회 측정했을 때의 오차의 분포는 참값을 평균값으로 하는 정규분포(正規分布)로 된다. 이것이 정규분포의 연구의 발단으로서 정규분포곡선을 오차곡선이라고 하는 이유도 이 점에 있다.

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실험 방법

방법 1 : 질량과 부피 측정을 통한 액체의 밀도 결정

1) 5㎖의 깨끗한 비중병에 공기방울이 들어가지 않도록 하여 밀도를 측정할 액체를 가득 채우고 질량을 측정한다.

 

2) 비중병에 든 액체를 부피 실린더에 비운 후의 비중병의 질량을 측정한다.

 

3) 1)번과 2)번을 동일한 방법으로 3회 반복한다. 이 때, 부피 실린더에 든 액체의 부피를 각각 측정하지 않고 누적측정 함에 유의한다.

 

4) 밀도를 계산한다.

 

방법 2 : 비중병과 문헌에 주어진 물의 밀도 및 질량 측정을 이용한 액체의 밀도 결정

1) 5㎖의 깨끗한 비중병의 질량을 측정하고 기록한다.

 

2) 액체를 채우고 질량을 측정한다.

 

3) 액체를 완전히 비우고, 동일한 비중병에 증류수를 채운 후 질량을 측정한다.

 

4) 밀도를 측정할 액체의 밀도를 알려진 증류수의 밀도로부터 계산해 본다.

 

5) 위의 과정을 3회 반복한다.

 

방법 3 : 물의 m.p.측정(어는점 측정)

1) 100㎖ 비커에 얼음과 소량의 증류수를 넣고 온도계로 온도측정

 

2) 시간에 따른 온도변화를 표에 기록

 

3) 온도계를 꺼내 실온에 도달하게 함

 

4) 과정 1)～3)을 5회 반복

 

 

 

[일반화학실험]질량 부피 및 온도측정 레포트