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[자연과학] 대학물리실험 - 컴퓨터를 사용한 측정, 온도의 변화

등록일 : 2014-06-11
갱신일 : 2014-06-11


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[자연과학] 대학물리실험 - 컴퓨터를 사용한 측정, 온도의 변화
대학물리실험 - 컴퓨터를 사용한 측정, 온도의 변화

▣ 목적
컴퓨터를 사용하여 온도를 시간의 함수로 측정하고 측정방법과 데이터 및 그래프의 처리방법을 연습한다. 서로 다른 상황에서 온도를 측정할 때 온도계 또는 온도 센서가 평형 온도에 도달하는 시간을 비교한다.

▣ 원리
Science Workshop 750 interface의 기능과 application program인 DataStudio의 사용법을 익힌다.
위의 도구와 사용법을 익힌 후 결과를 처리하는 과정에서의 이론인 반감기의 개념을 익힌다. 반감기란 어떤 특정 방사성 핵종의 원자수가 방사성 붕괴에 의해서, 원래의 수의 반으로 줄어드는데 소요되는 시간을 말하는 개념으로서

로 기술되는데 이 식에서 를 반감기라고 부른다. 그러나 이 식은 미분 적분을 하기에는 불편한 식이므로 Exponential function을 사용하여 다음과 같이 기술하는 것이 더 편리하다.

(수학적으로 유도가 가능하다. 시간에 따른 원자핵수 의 변화율은 최초량()에 비례 한다. 따라서 이 되고 변수 분리에 의한 미분방정식을 풀게 되면 . 양변을 적분하면 . 여기서 Exponential function를 양변에 취해주면 가 된다. 최초()의 량이 이므로 상수 는 가 되고 최종적인 결과는 )
여기서 란 시간상수로서 원래의 물리량에서 초기의 양이 이 되는 양을 가질 때의 시간이라는 의미를 갖는다. 즉 최초 값의 약 37%로 변화하는 시간의 의미를 갖는다.
물체의 냉각현상은 복잡한 현상이지만 이번 실험에서는 근사적으로 위의 식과 같이 표현된다고 가정한다. 최초의 온도를 라 하고 최종의 평형온도를 , 임의의 시간에서의 온도를 로 표현하면 위 식은 다음과 같이 고쳐 쓸 수가 있다.
이와 같이 시간상수는 측정기기들을 설계할 때 그 성능을 결정하는 중요한 변수가 된다.

▣ ScienceWorkshop 750 Interface, DataStudio

ScienceWorks…(생략)

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