고체의 비중과 표면장력 측정 1. 고체의 비중측정 (1) 실험목적 Jolly용수철 저울을 이용하여 고체의 수중 무게와 공기중의 겉보기 무게를 측정하여 비중을 측정한다.

(2) 실험장비 온도계, 눈금자, 측정시료(구리, 알루미늄), 고리 달린 접시, 맨접시, 용수철, 비이커 Jolly 용수철 측정장치

(3) 실험이론 1) 밀도 [g/cm3] 2) 비중 단위 : 없음

3) 물의 비중표 4) 금속의 비중표 온도(℃) 비중 4℃ 1.00000 18℃ 0.99859 10℃ 0.99970 20℃ 0.99820 15℃ 0.99913 22℃ 0.99777 16℃ 0.99894 25℃ 0.99707 4) 금속의 비중표 금속 비중 은 10.5 철 7.786 금 19.29 알루미늄 2.70 구리 8.93 수은 13.65

유체속에 정지해 있는 물체는 중력과 반대방향으로 힘을 받는다. 5) 아르키메데스의 원리(부력) 유체속에 정지해 있는 물체는 중력과 반대방향으로 힘을 받는다. 이 힘의 크기는 물체를 유체로 바꾸었을 때 작용하는 중력과 같다. 다시 말해 물체의 부피에 해당하는 유체의 무게와 같다. 6) 특정온도 T℃ 에서의 물체의 비중 W : 물체의 무게 WT : T℃에서의 물의 무게 ST : T℃에서의 물의 비중 여기서 무게는 용수철의 탄성력과 동일하므로 용수철 길이 변화로 비중을 구할 수 있다.

n0 : 용수철 눈금 기준점 n1 : 공기중에서의 물체의 무게(눈금) n2 : 물속에서의 물체의 무게(눈금)

(4) 실험방법 Jolly 용수철 측정장치의 용수철에 눈금자, 고리달린 접시,맨접시를 차례대로 매단다. 2) 비이커에 물을 2/3정도 채우고 물의 온도를 측정한 후, 받침대 위에 올려 놓는다. 3) 받침대를 이동하여 맨접시가 물에 완전히 잠기게 하고 고정나사를 이용해 고정한다. (시료를 놓았을 경우 윗접시가 물에 닿지 않도록 받침대를 잘 조절한다.또한 아랫접시가 비이커 바닥이나 벽에 닿지 않도록 한다) 4) 이 때 눈금자가 위치해 있는 눈금을 읽는다(n0).

5) 고리달린 접시에 측정시료를 놓고 눈금자의 위치를 측정한다(n1). 6) 고리달린 접시에 올려놓은 측정 시료를 맨접시에 놓고 눈금자의 위치를 측정한다(n2). 7) n0, n1, n2, ST 값을 이용해 시료의 비중을 구하고 평균값을 구한 다음 백분율 오차를 구한다.

2. 표면장력 측정 (1) 실험목적 Jolly용수철 저울에 대한 감도를 측정하고 물 표면의 장력을 측정한다.

(2) 실험장비 분동 Jolly 용수철 측정장치 온도계, 지름이 다른 원통형 고리, 눈금자 고리달린 시료접시, 용수철, 비이커

(3) 실험이론 1) 표면장력 액체가 표면적을 가능한 한 작게 하려는 힘 2) 표면장력이 나타나는 이유 액체 내부의 분자의 분자들은 다른 분자들에 의해 모든 방향 으로 인력을 받으나, 액체 표면에 있는 분자들은 위쪽으로 받는 인력이 없어 액체 내부로만 인력을 받는다.

이 때의 높이를 h, 용수철의 복원력 mg 를 측정하여 표면장력 T 를 측정 3) 실험측정에 필요한 이론 외경, 내경이 각각 2r1, 2r2 인 원통형 고리를 액체(물) 표면에 닿게 한 후,받침대의 screw micrometer를 내려 원형통 고리와 액체 표면이 막 떨어지려는 순간에 멈춘다. 이 때의 높이를 h, 용수철의 복원력 mg 를 측정하여 표면장력 T 를 측정 힘의 평형 용수철 복원력(F1) F1 = F2 + F3 표면장력(F3) 물기둥 무게(F2)

표면장력에 대해 정리하면 T : 표면장력 [dyne/cm] h : 물기둥의 높이 [cm] ρ: 물의 밀도 [g/cm3] g : 중력가속도 [cm/s2] r1 : 고리 외경반지름[cm] r2 : 고리 내경반지름[cm] 표면장력에 대해 정리하면 [dyne/cm] ※

용수철 저울의 감도 : 용수철을 1cm 늘이는데 필요한 질량 ※ 용수철 저울의 감도 : 용수철을 1cm 늘이는데 필요한 질량 예) 1.0g에 대한 용수철의 연장 1.0g – 0g → 5.88cm 1.5g – 0.5g → 5.86cm 2.0g – 1.0g → 5.90cm 평균 5.880cm 용수철 저울의 감도 = g/cm

= 일치 4) 거울 막대자를 이용한 지표 눈금 읽는 방법 실험자의 눈과 측정고리가 평형을 이룬 상태로 거울자에 비친 눈과 측정고리가 일치되도록 하여 거울 눈금자를 읽는다. 실험자의 눈, 측정고리와 거울에 비친 눈, 거울에 비친 측정고리 = 일치

5) Screw Micrometer 측정방법 조절나사을 위로 올릴 때 눈금 읽는법 1 70 80 30 20 이때는 Screw자의 아래숫자를 읽어준다. 10 3.76mm 70 30 60 40 90 10 50 (mm) 60 90 40 70 80 10 30 20 조절나사를 아래로 내릴 때 눈금 읽는법 1 70 80 30 20 아래로 10 이때는 Screw자의 윗 숫자를 읽어준다. 위로 6.24mm (mm)

(4) 실험방법 1) 용수철의 감도측정 ⅰ) Jolly의 용수철 측정장치를 수평조절나사로 조절해 평형상태로 맞춰 장치와 용수철이 연직이 되게 한다. ⅱ) 용수철 끝에 눈금자와 고리 달린 접시를 매단다. ⅲ) 고리 달린 접시에 분동의 질량을 0~3g까지 0.5g씩 증가시키면서 눈금을 읽는다. ※저울접시만 매달았을 때가 0g이다. ⅳ) 반대로 고리달린 접시에 분동의 질량을 3~0g까지 0.5g씩 감소시키면서 눈금을 읽는다. ⅴ) 측정한 질량의 차가 1g씩 되는 값을 차를 구해 평균을 구하고 저울의 감도를 구한다.

2) 표면장력 측정 ⅰ) 분동을 제거한 후, 고리달린 접시 아래에 원통형 고리를 매단 후, 초기 눈금을 측정한다. (길이변화의 초기값 측정 : ) ⅱ) 비이커에 물을 2/3정도 채운 다음 온도를 측정하고, 받침대 위에 올려놓고 원통형 고리가 닿도록 받침대를 위로 올린다. ※비이커를 받침대에 올리기 전 screw micrometer의 영점을 맞춘다. ⅲ) 물의 표면과 원통형 고리가 맞닿기 시작하는 때에 비이커 받침대를 고정시킨다. ⅳ) 다시 원통형 고리를 물에 담그고 screw micrometer를 돌리면서 고리가 물에서 떨어지는 순간의 눈금을 측정한다. (길이변화의 나중값 측정: )

ⅴ) Screw micrometer의 눈금을 측정한다.(물기둥의 높이 h) ⅵ) 위와 같은 방법으로 10회 측정 후, 다른 시료도 측정한다. ⅶ) 측정한 값의 평균을 구하고 표면장력 식에 대입해 값을 구하고 이론값과 비교해 백분율 오차를 구한다. ※이론값은 일반물리실험 부록에 있음 – P296 원통형고리 반지름 큰고리 → r1=1.255cm, r2=1.213cm 작은고리 → r1=0.940cm, r2=0.915cm [dyne/cm]

※ 주 의 사 항 1. 받침대를 옮길 때 비이커를 떨어뜨리지 않도록 한다. 2. 용수철에 각 접시와 시료를 매달 때 용수철이 늘어나지 않도록 천천히 단다. 3. 표면장력 측정시 원통형 고리가 물에 잠기지 않도록 한다. 4. 고체의 비중 측정시 고리달린 접시가 물에 닿았을 경우 깨끗이 닦은 후,다시 실험한다. 5. 용수철과 측정장치가 일직선이 되게 한다.