일반물리학실험 | 전기에너지에 의한 열의 일당량 측정

 

 

 

열의 일당량

열은 역학적 일로 역학적 일은 열로 서로 전환 될 수 있다. 열과 일의 비례관계를 열의 일당량이라고 한다. 물에 고무풍선을 띄우고 물의 온도를 서서히 높이면, 고무풍선은 서서히 부푼다. 이렇게 열은 고무풍선을 부풀리는 일을 할 수가 있다. 이러한 열과 역학적인 일 사이의 관계를 열의 일당량이라고 한다. 열은 그 열을 담고 있는 물질의 종류에 따라 열량으로 나타 낼 수가 있으며 칼로리(㎈)로 표시한다. 또한 역학적인 일은 줄(J)로 표시한다. 1㎈가 4.2J의 역학적 일을 할 수 있다는 것을 알았다.

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실험 방법

실험은 열량계의 몰당량 측정과 열의 일당량 측정의 두 단꼐로 나누어서 한다.

1. 열량계의 몰당량 측정

1) 상온의 물 150cc를 250cc 비커에 붓는다.

 

2) 전열기 위에 석면 석쇠를 얹은 다음, 비커를 그 위에 올려놓고 전원을 넣는다. 또, 온도계를 비커에 비스듬히 세운다.

 

3) 물을 끓이는 동안 메스실린더로 수돗물 100cc (m₁)를 재어, 또 다른 250cc 비커에 붓고 그의 온도 T₁을 측정한다.

 

4) 온도 측정은 S-CA Sensor를 이용하여 측정한다. 측정 종류는 온도로 setting 하고 측정값은 Mean으로 하여 평균값을 측정한다.

 

5) 물이 40℃가 되면 전원을 끊는다.

 

 

6) 물 100cc(m₂) 를 열량계에 붓고, 온도계와 전열선, 그리고 교반기가 달린 뚜껑을 닫고 평형상태의 온도 T₂를 측정한다.

 

7) 위 3)의 수돗물 100cc를 열량계에 붓고 뚜껑을 닫은 다음 교반기로 저어 전체가 일정한 평형상태가 되었을 때의 온도 T₃를 측정한다.

 

8) 온도 T₁의 물 m₁g 을 열량계에 부었을 때, 열량계가 방출한 열량은 m1이 흡입한 열량과 같다. 따라서

이다. 따라서 열량계의 몰당량은

이다.

 

9) 열량계의 물을 모두 버린다.

 

2. 열의 일당량 측정

1) 전원이 차단되어 있는가를 확인하고 그림1과 같이 회로를 꾸민다. 슬라이닥스는 완전히 시계 방향으로 돌려 0volt 가 되게 한다.

 

2) 메스실린더로 수돗물 200cc(m)를 재어 열량계에 붓고 뚜껑을 닫는다.

 

3) 회로를 다시 검토하고 전원을 넣는다. 그 다음 슬라이닥스의 손잡이를 시계 방향으로 돌려가면서 전류계의 눈금이 1 A가 될 때까지 돌린 다음 전원을 끊는다.

 

4) 3분 정도 지난 후 열량계의 물의 온도 T₁을 측정한다. 다음, 전원을 넣고 동시에 초시계를 누른다. 또, 그때의 전류 I와 전압 V₁을 기록한다.

 

5) 전류계를 계속 관찰하면서 전류가 변하면 슬라이닥스 손잡이를 돌려가며 전류를 일정하게 한다.

 

6) 물의 온도가 처음보다 10℃ 높아지면 그때의 전압 V₂을 읽고, 전원을 끊음과 동시에 초시계를 정지시켜 그때의 시간 t를 기록한다.

 

7) 전원을 끊은 후 교반기로 저어 온도가 평형상태가 되게 하여 그때의 온도 T₂를 기록한다.

 

8) 위의 데이터로부터 전류에 의한 열의 일당량 를 구한다. 단, 전압은 V는 V₁과 V₂를 평균하여 적용한다.

 

 

 

일반물리학실험 | 전기 에너지의 의한 열의 일당량 측정

 

 

 

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