일반물리학실험 | 고체의 선팽창 계수

 

 

 

TIP

 

 

금속 막대는 온도에 따라 일정한 비율로 길이가 변화하는데 다 이얼 게이지를 통해서 고체의 선팽창계수를 측정하고 물질마다 고유한 값을 가지는 것을 알 수 있다. 

 

 

 

선팽창계수는 고체의 길이가 온도에 따라 변화하는 것으로 온도가 1℃올라갈 때 마다 금속막대의 단위 길이 당 길이의 변화를 나타내는데 금속막 대에 온도를 높여주면 온도가 상승함에 따라 물체를 형성하고 있는 분자들의 열 운동에 의해 평균 진폭이 커져 원자 간의 평균 거리가 늘어나 금속막대의 길이 가 늘어나게 된다.

 

고체의 길이나 부피는 온도 의 함수로서 온도상승에 따라 증가되므로 의 멱급수로 표시할 수 있다.

 

 

여기서 l0는  t₀=0℃일 때의 막대의 길이이며,  α, β, ...등은 물질에 따라 다른 매우 작은 상수값이다. β이하의 항은 α에 비해 매우 작아서 측정하는 온도 범위 내에서는 무시할 수 있다. 물체의 길이는 온도에 따라 변하는데 이러한 현상을 선팽창이라 하며, 온도가 t₁에서 t₂로 변할 때, 길이가 l₁에서 l₂로 변화하였다면,

 

 

가 성립한다.

 

여기서 α 는 그 물체의 선팽창계수이며, 그 값은 온도 t₁ 와 t₂ 사이의 평균값이다.

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 금속막대의 길이를 실온에서 측정한다.

2) 금속막대를 선팽창계수 측정장치 속에 넣어 한쪽 끝을 고정시키고 온도계를 꽂아 금속막대에 가능한 한 가깝게 놓이도록 장치한 후 다른 쪽 끝에 부착된 다이얼 게이지를 조정하여 그때의 눈금 l₁과 t₁을 읽는다.

3) 다이얼 게이지의 접점 간격을 두게 하고, 가열기에서 나오는 수증기를 통과시켜 금속막대를 가열한다.

4) 온도의 상승이 더 이상 일어나지 않을 때(약 5～10분 후)의 온도 t₂와 그때의 위치 l₂를 다이얼 게이지로 측정한다.

5) 온도의 변화(t₂- t₁)에 따른 길이의 변화(l₂-l₁)를 구하여 막대의 선팽창계수 를 구한다.

6) 금속막대를 물로 식혀 위와 같은 실험을 여러 번 반복한다.

 

 

 

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