고체의 선 팽창계수 측정
실험 목적
열에 의한 물체의 팽창과 수축을 관찰하고 등방적 금속의 선팽창계수와 체적팽창계수를 측정한다.
실험 원리
모든 물질들은 상(phase)의 변화가 일어나지 않는 온도 범위 내에서 열이 가해지면 어느 정도 팽창한다.(열이 가해지면 물질 내 원자 진동의 평균진폭을 증가시키는데 이는 원자들 사이의 평균 간격을 증가 시킨다.)
길이가 L인 물체가 크기가 T인 온도 변화를 겪었다고 가정하자. 만일 T가 상당히 작으면 길이의 변화 L은 일반적으로 L과 T에 비례한다.
L = LT
Lf
L
L
T
여기서 는 물질에 대한 선팽창계수라 불린다.
그리고 처음 부피가 V인 물체를 가열해서 온도가 T만큼 변했을 때 물체의 부피는 V만큼 변했다. 이 때의 부피변화는 다음과 같다.
V = VT
여기서 는 부피 팽창 계수로 단위 부피당 1 ℃ 상승할 때 늘어난 부피로 선팽창 계수의 약 3배이다(3≒).
비등방적, 예를 들면 비대칭적 결정, 물질에 대해 는 팽창을 측정한 축에 따라 의존하는 다른 값을 가진다. 는 온도에 다라 어느정도 달라지는데 온도 변화의 크기 뿐 아니라 절대 온도에도 의존한다. 이 실험에서는 등방적 금속들의 선팽창계수 를 측정하게 될 것이다. 등방적 금속들의 선팽창계수는 일차원을 다라 측정하면 된다. 또한 이 실험의 한계 내에서 선팽창계수는 온도에 따라 변하지 않는다.
실험 기구 및 재료
선 팽창계수 측정장치, 증기 발생기, 줄자
실험 방법 및 구상
(1) 실온에서의 관의 길이 L 측정. 스테인레스 스틸 판이 있는 한쪽 끝의 안쪽으로부터 직각 받침이 있는 다른 쪽 끝의 안쪽 까지 측정, 표에 기록
(2) 받침대에 관을 설치. 관의 스틸 핀은 블록의 슬롯에 맞게 하고 관의 직각 받침은 다이얼 게이지의 용수철 팔을 누른다.
(3) 관 가운데 있는 나사에 온도계 러그(log)를 끼움.
(러그가 관과 나란하게 하여 관과의 접촉을 최대로 함)
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2015.01.27
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