[자연과학] 기초물리-고체의 열팽창

1. 실험 목적

2. 이론

이다. 여기서 가 부피팽창계수 이며 보시듯이 의 관계를 가진다. 부피팽창계수는 대략 선팽창계수의 3배임을 알 수 있다.

① 커피포트, 누전차단기는 바이메탈-선팽창 계수가 서로 다른 두 금속을 붙여서 온도에 따라 휘도록 만든 것이다.

② 교량이나 철로를 시공할 때에도 온도에 따라 길이가 변화하기 때문에 약간의 공간을 두고 시공을 해야 한다. 콘크리트에 철근을 쓰는 이유도 서로의 열팽창 계수가 서로 비슷하기 때문이다.

① 황동관의 한쪽은 증기발생기와 연결하고, 다른 쪽은 고무호스에 연결하여 비커에 놓아둔다.

② 황동관의 고정핀과 다이얼 게이지에 고정시키는 자 부분 사이의 처음길이 를 측정한다.

③ 나사를 돌려 황동관을 고정시킨다.

④ 증기발생기에 물을 3/4가량 채운다.

⑤ 다이얼 게이지의 큰 시침 시작점을 0으로 조정하고 작은 시침의 위치를 기록한다. 큰 시침이 1회전 하는 동안 작은 시침은 1이 증가한다. 다이얼 게이지의 작은 시침의 단위는 이며 큰 시침의 단위는 이다.

⑥ 황동관의 처음 온도 를 측정하기 위하여 그림 1과 같이 멀티미터를 이용하여 저항 를 측정한다. 테이블에 표시되어 있는 표를 보고 저항을 온도로 변환한다. 테이블에 멀티미터로 측정한 저항값 표시가 없을 때에는 저항과 온도의 반비례 관계를 이용하여 구한다. 온도계를 이용할 경우에는 온도를 직접 측정할 수 있다.

⑦ 다이얼 게이지의 포인터가 최고의 변화를 나타낼 때의 위치를 기록하고 동시에 저항 을 측정한다. 만약 미세한 온도 변화가 있어 시침과 저항에 계속 작은 변동이 생긴다면 측정값은 평균값으로 정한다.

⑧ 식 을 이용해 선팽창계수를 계산하여 표에 기록한다.

⑨ 황동관을 강철관, 알루미늄 관으로 교체하여 위의 실험을 반복한다. 이때 황동관이 뜨거워져 있으므로 충분히 식은 후에 교체하도록 한다.

84.0

25.6

① 황동, 스틸, 알루미늄의 순도가 100％가 아니었다면 오차가 생겼을 것이다.

② 수증기가 직접적으로 들어간 부분은 더 많이 팽창되고 그렇지 않은 부분은 덜 팽창되어서 오차가 생겼을 것이다.

③ 수증기의 열은 부피의 변화에도 영향을 주어 정확한 선팽창의 계수를 측정하지 못해서 오차가 생겼을 것이다.

④ 실험 장비 조작의 미숙으로 인한 오차가 생겼을 것이다.