고체의 선팽창계수 측정
1. 실험목적
다이얼게이지를 이용하여 여러 가지 금속막대의 선팽창계수를 측정한다.
2. 실험기구
선팽창계수 측정 장치, 증기 발생기, 금속막대(철, 구리, 알루미늄), 비커, 디지털온도계, 고무관, 다이얼 게이지, 전선, 미터자, 버니어 캘리퍼
3. 실험원리
고체의 길이나 부피는 온도 t의 함수로서 온도의 상승에 따라 증가하기 때문에 t의 멱급수로 표시할 수 있다.
즉,
여기서 는 일 때의 막대의 길이이며, 등은 물질의 종류에만 관계되는 매우 작은 값의 상수이다. 이하의 항은 에 비해 매우 작아서 우리가 측정하고자 하는 온도범위 내에서는 무시할 수 있다. 따라서, 식(1)은
또는
이 된다. 이 는 사이에서 평균 선팽창계수로서, 고체의 경우, 대개 정도의 값을 갖는다.
그러나, 일일이 일 때의 길이를 재는 것이 곤란하기 때문에, 임의의 두 온도 일 때의 길이 를 측정하여 비교하면,
가 된다. 이상의 항을 무시하면
가 된다. 따라서 선팽창계수는 식
로부터 구할 수 있다.
☞ 선팽창계수 : 물체의 온도가 증가하면 그 물체는 보통 팽창한다(단 한 가지 예외는 0℃와 4℃사이의 물의 경우). 고체의 경우 온도 차이에 대한 평균 선팽창 계수는 압력이 일정할 때 길이의 변화율을 온도의 변화량으로 나눈 것으로 정의한다. 즉, 길이가 온도에 따라 변화하는 것을 말한다. 선팽창계수가 크다는 것은 온도가 변할 경우 재료의 크기가 심하게 변한다는 의미이므로 재료선택, 특히 전자제품 등 소재를 선택할 때 중요한 항목이다.
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2012.04.12
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