일반화학실험 | 질량, 부피 및 온도 측정 - 동전을 이용한 실험

 

 

 

TIP

 

 

1. 물질의 질량과 부피를 직접 측정하여 밀도값의 정밀도와 정확도를 살펴본다.
2. 메스실린더를 이용한 간접방법으로 측정하여 얻는 밀도와 값을 비교해 본다.

 

 

 

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

1. 무게 측정

1) 동전의 하나하나 무게를 측정하고 10개를 한꺼번에 잰 후 10으로 나누어 그 결과를 비교한다. 만일 저울이 정확하다면 어떤 값이 참값에 가까울까?

 

2) 하나씩 순서대로 저울에 올려놓고 각각의 무게를 측정한 뒤 평균한다.

 

3) 한번에 10개의 동전을 전부 저울에 올려놓고 무게를 측정한 뒤 10으로 나눈다.

 

2. 부피측정

1) 부피는 두 가지 방법으로 측정하는데 첫 번째 방법은 부피를 직접 측정하는 방법인데 눈금실린더에 증류수를 채운 뒤 동전을 하나씩 순서대로 넣은 다음 수면을 읽는다. 읽은 값으로부터 동전 각각의 부피를 계산한다. 그러나 이 방법은 그 오차가 크다. 두 번째 방법은 물의 부피와 밀도를 이용하는 간접적인 방법이다.

 

2) 눈금실린더에 약 30㎖의 물을 채운 뒤 동전을 순서대로 하나씩 넣은뒤 눈금실린더의 수면을 읽어서 계산한다.

 

3) 비이커에 물을 넣고 무게를 잰 뒤 동전을 실에 매달아 비이커에 넣는다. 이때 저울의 눈금 변화는 동전의 부피에 해당하는 물의 질량변화이다.

 

3. 밀도의 측정 및 계산

1) 비중병(5㎖)의 무게를 잰 뒤 매탄올을 공기가 들어가지 않도록 가득 넣고 무게를 잰다.(3회반복)

 

2) 동전각각의 질량을 부피로 나눈 다음 평균한다.

 

3) 동전전체의 질량을 전체의 부피로 나누어 밀도를 구한다.

 

4. 물의 어는 점 측정

1) 100㎖ 비커에 얼음을 반쯤 채우고 약간의 증류수를 넣고 온도를 관찰한다.(5회반복)

 

 

 

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