실험 목적
: 고체시료의 비열을 측정함으로써 열, 열용량의 개념을 실험으로 확인한다.
실험 원리
∘ 비열
: 단위 질량을 가진 물체의 열용량.
보통은 1g인 물체의 열용량. 즉 1g인 물체의 온도를 1℃ 높이는데 필요한 열량을 말한다. 공업방면에서는 1kg 물체의 열용량을 말할 때도 있다. 열량 단위를 cal로 나타낼 때 물의 비열은 1이 된다. 그리고 이 값은 수소 등 일부를 제외하면 예외적으로 크며, 물이 많은 물질 중에서도 온도 변화가 잘 일어나지 않는 물질임을 나타낸다.
일반적으로 물체의 비열은 온도에 따라 변화한다. 고온 및 극단적인 저온일 때는 별개로 하고, 상온 부근에서는 물질에 따라 고유한 값을 가진다고 보아도 된다. 그러나 기체에서는 부피를 일정하게 하고 열을 가했을 때와 압력은 일정하게 하고 열을 가했을 때와는 값이 달라지는데, 나중것이 더 크다. 이것은 압력을 일정하게 유지하는 경우에는 열의 일부가 기체의 팽창이라는 외부로의 일에 소비된다. 그러므로 온도를 높이기 위해서는 그만큼의 열을 더 가해야 되기 때문이다.
보통 이런 경우의 비열을 정압비열(Cp)이라 하고, 이것에 대하여 부피를 일정하게 유지하였을 때의 비열을 정적비열(Cv)이라 한다. 정압 비열과 정적비열이 이렇게 다른값을 가지는 이유는 일찍이 John Dalton에 의하여 지적되었다. Julius R. von Mayer는 이 사실을 기초하여 열의 일당량을 이끌어 냈다.
이론적인 계산에 의하면 기체의 Cp와 Cv의 차는 약 (M은 기체의 분자량)가 된다. 이 값은 상온, 상압하에서는 거의 정확하다는 것이 확인되었다. 그리고 엄밀하게는 액체와 고체에 대해서도 Cp와 Cv를 구별해야한다. 액체나 고체에서는 열에 의한 팽창을 억제하고 부피를 일정하게 유지하기 어렵다. 또 양자의 차는 아주 근소하므로 보통 정압비열을 그 물체의 비열로 한다.
∘ 고체의 비열 측정
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2012.03.16
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