고체의 비열 측정

고체의 비열 측정

215Page, C실(6층)

목 적

실 험 기 구

열량계를 이용하여 금속의 비열을 혼합법으로 측정한다.

열량계(보온상자, 구리통, 교반기, 온도계, 뚜껑) 증기발생기, 시료 가열통, 천칭, 메스실린더

금속시료(Fe, Al, Cu, Pb등)

Chosun University, Park so hee

원리 및 이론[Ⅰ]

단위 질량당의 열용량. 즉, 어떤 물질의 단위질량 을 단위온도로 높이는데 필요한 열량

비열( c )

)

(

2

1

t t

mc

dT mc

Q

mcdT dQ

mdT dQ T

m c Q

t t









 

 



[ 열량계 ] 젓개 S

온도계 T₁

용기 물

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원리 및 이론[Ⅱ]

[ 비열측정장치 ]

혼합법

온도가 서로 다른 두 물체를 접촉시키면 고온체가 잃 은 열량과 저온체가 얻은 열량이 같아지는 원리를 이 용하여 물체의 비열을 측정하는 방법

고온체가 잃은 열량 = 저온체가 얻은 열량

) (

) (

) (

) (

) (

) (

) (

1 1

1 0

0 1

1

1 0

0 1

1 1 2

2 2

t t m

t t c m c

m

t t c m t

t c m t

t c m

























) /

) ( (

) )(

(

2 2

1 1

2

cal g C

t t m

t t

c m 





 

 

물체마다 1℃ 온도를 증가시키는데 필요한 열량을 열용량이라 하는데, 열용량은 물질의 고유 값인 비열과 질량을 곱한 값이다.

어떤 물질의 열용량과 같은 열용량을 갖는 물의 질량을 그 물체에 대한 물당량이라 한다. 물당량은 물질의 열용량을 물의 비열로 나눈 값이다.

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실험 방법

1. 메스실린더에 물을 2/3 정도 넣고 물의 질량 m₁을 측정한 후 열량계에 넣는다.

2. 열량계 내에 온도계를 꽂고 찬물의 온도 t₁을 0.1℃까지 정밀하게 측정한다.

3. 열량계 내부 금속시료의 종류를 확인하여 열량계의 물당량()을 확인한다.

4. 천칭을 이용하여 금속시료의 질량 m₂를 재고 실에 매달아 가열통 안에 넣는다.

5. 증기발생기로 끓여서 발생된 수증기는 고무 호스와 가열통을 지나 고무관으로 배기되며, 금속 시료를 가열(90~100℃)한 후 이 때 시료의 가열온도 t₂를 확인한다.

6. 열량계를 가열통의 밑에 놓고 뚜껑을 연 다음 판자를 빼고 시료 m₂을 열량계 속에 떨어 뜨린 후 재빨리 뚜껑을 닫은 다음 교반기로 저으며 평형온도 t를 측정한다.

7. 위의 실험으로부터 나온 각각의 값들을 공식에 대입하여 고체시료의 비열(c)을 구한다.

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측정치

1. 열량계의 물당량 (

)

- Cu : 17.27g - Al : 15.56g

- Stainless : 12.27g

2. 시료의 비열

시료 횟수 물의 질량(m₁) 시료의 질량(m₂) t₁ t₂ t 1

2 3

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계산 및 결론

※ 실험에서 얻어진 값과 [부록4. 금속의 물리적 성질(392page)]에 기록된 20℃일 때의 비열 값과 비교

Cu = 0.092 [ cal/g℃ ] Al = 0.21 [ cal/g℃ ] Pb = 0.031 [ cal/g℃ ]

) /

) ( (

) )(

(

2 2

1 1

2

cal g C

t t

m

t t

c m 





  

C₂ : 고체시료의 비열 m₁ : 물의 질량

m₂ : 고체시료의 질량

 : 열량계의 물당량(m₀c₀) t₁ : 물의 처음온도

t₂ : 시료의 가열온도 t : 혼합 후 평형온도 물리적 의미

[풀이] ※

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다음주 예고

광도의 측정(233page)- 체대 7층 D실

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Report – 원리 및 이론

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단위 질량당의 열용량. 즉, 어떤 물질의 단 위질량을 단위온도로 높이는데 필요한 열량

) ( _{2 1}

2

1

t t

mc dT

mc Q

mcdT mdT dQ

dQ T

m c Q

t

t  







 

 

혼합법 

온도가 서로 다른 두 물체를 접촉시키면 고온체가 잃은 열량과 저온체가 얻은 열량이 같아지는 원리를 이용하여 물체의 비열을 측정하는 방법

고온체가 잃은 열량 = 저온체가 얻은 열량

비열(c)

) (

) (

) (

) (

) (

) (

) (

1 1

1 0

0 1

1

1 0

0 1

1 1 2

2 2

t t m

t t c m c

m

t t c m t

t c m t

t c m

























) /

) ( (

) )(

(

2 2

1 1

2

cal g C

t t

m

t t

c m 





 

 

C₂ : 고체시료의 비열 m₁ : 물의 질량

m₂ : 고체시료의 질량

 : 열량계의 물당량(m₀c₀) t₁ : 물의 처음온도

t₂ : 시료의 가열온도 t : 혼합 후 평형온도

※