일반물��실험 2009년

1. 실험 목적
-역학적 일이 열에너지로 변환시키고 행한 일과 발생한 열량을 측정하여 열의 일당량을 구한다.
2. 실험 원리
-에너지 보존 법칙에 따르면 어떤 계에 역학적인 일을 하여 계의 온도가 증가된 경우 증가된 열에너지는 계에 가해준 일의 크기왿� 같아야 한다. 일의 단위는 보통 joule로 표시되고 열에너지는 calorie로 표시된다. 이 때, 열 1cal가 몇 joule 에 해당하는 가를 열의 일당량이라 한다. 따라서 가해준 일 W왿� 열량 Q 사이에는 W = JQ (J : 열의 일당량) 의 관계가 성립한다.
(1) 일(W)의 계산
그림 1의 일을 열로 변환하는 실험 장치에서는 실린더 위에 나일론 줄이 4-6회 감겨있고 나일론 줄 끝에 추가 달려 있다. 실린더왿� 나일론 줄 사이에는 일정한 마찰력이 작용하고 있어 실린더를 회전시키면 추가 바닥으로부터 일정한 높이를 유지한 채 공중에 떠 있게 된다. 이 때 실린더왿� 나일론 줄 사이의 마찰력은 중력에 의한 추의 무게왿� 힘의 평형상태에 있으므로 마찰력()과 추의 무게()는 같은 크기를 가진다.
(19.1)
그리고 나일론 줄의 마찰력을 통해 외부에서 알루미늄 실린더에 가해준 일은 다음과 같다.
(19.2)
여기서 r는 마찰력에 의해 반지름 R인 실린더에 작용하는 회전력이고 마찰력이 추의 무게왿� 같으므로,



4. 결론 및 검토
이번 실험의 목적은 역학적 일을 열에너지로 변환시키고 행한 일과 발생한 열량을 측정하여 열의 일당량을 구하는 것이었다. 이 실험은 설정온도를 정하고 설정온도까지 도달하는 N의 수를 측정하거나 N의 값을 정해놓고 J의 값 측정 하는 등 여러 방법이 있었는데 우리 조는 N의 값을 일정하게 증가 시키면서 J의 값의 변화에 대해 알아보았다. 그 결과 N의 값이 증가함에 따라 J도 증가하는 경향을 보였다. 이로써 J은 N에 비례함을 알 수 있고 다음 식이 성립함을 알 수 있다.
N과 J의 관계뿐만 아니라 열의 일당량에 대해 서도 알 수 있었다. 우리조는 다음과 같은 값()이 나왔는데 이는 실제 열의 일당량인 4.2J과 크게 차이가 나지 않아서 잘된 실험이었다고 생각한다.
이 실험에서의 오차의 원인은 질문 및 토의에서 말하였다.
이번 실험을 통해서 에너지는 다른 형태의 에너지로 변환될 때 손실되는 에너지가 반드시 있게 된다는 것을 알게 되었다. 그리고 특히 열 에너지의 경우는 에너지 손실율이 크기 때문에, 짧은 시간에 변환시키는 것이 효율적이다.
실험 기구 셋팅부터 잘 되지 않아 실험 시작하기까지 오랜