일반물리학실험 - 물질의 비중 측정

일반물리학실험 - 물질의 비중 측정

*실험 목적

Archimedes의 원리를 이해하고 Jolly의 용수철저울을 사용하여 고체와 액체의 비중을 측정한다.

*실험 원리

온도 T C에서의 물질의 밀도와 4 C에서의 순수한 물의 밀도 ()의 비를 그 물질의 T C에서의 비중이라 한다. 비중은 단위가 없는 무차원의 값이다. 어떤 물체의 무게를 W, 그 물체와 같은 부피를 가진 온도 T에서의 액체의 무게를 , 이 온도에서의 액체의 비중을 이라고 하며 그 물체의 비중S는 다음과 같이 구할 수 있다.

(식 13.1)

한편, 밀도 또는 비중을 측정하기 위한 편리한 방법은 다음에 주어진 Archimedes의 원리를 이용하는 것이다.

어떤 물체를 액체 속에 담그면 그 물체는 물체의 부피에 해당하는 액체의 무게만큼의 힘을 연직 방향으로 받게 된다.

이 힘을 부력이라 부른다.

(1) 고체의 비중

Jolly의 용수철저울에 용수철 상수 k인 용수철에 질량이 m이고 부피가 V인 물체를 매달았을 때 용수철의 길이가 에서 만큼 늘어났다면 물체의 무게는 다음과 같다.
(식 13.2)
그리고 물체를 온도 T C인 물에 담갔을 때 용수철이 만큼 늘어났다면
(식 13.3)
이다. 그러므로 식 (13.2), (13.3)에 의해 부력에 해당하는 물체와 같은 부피의 물 무게 는(식 13.4)
이다. 그러므로 물체의 비중 S는 식 (13.1)에 의해
(식 13.5)
가 된다. 여기서 는 T C에서의 물의 비중이다.

(2) 액체의 비중
앞의 물체를 물이 아닌 다른 임의의 액체 속에 담갔을 때 용수철의 길이가 만큼 늘어났다면 (식 13.6)
가 된다. 여기서 은 액체의 밀도이다. 그러므로 식 (13.2)와 (13.6)으로부터 물체와 같은 부피의 액체 무게 은
 (식 13.7)
이다. 그러므로
 (식 13.8)
이고, 양변을 4 C에서의 순수한 물의 밀도로 나누어 주면 임의의 액체의 비중 은 다음과 같다.(식 13.9)
*실험 기구 및 재료
Jolly의
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