물리학실험 - f=ma와 마찰력 측정

물리학실험 - f=ma와 마찰력 측정

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설명 : )실험 목적 의 관계를 실험을 통하여 알아본다. 2)실험 이론 물체의 가속도는 물체가 받은 힘의 크기에 비례하고, 질량에 반비례한다. 이것을 Newton의 제2법칙이라고 한다. 이다. 이때, 는 외부에서 물체에게 가해지는 힘의 합력이고, m은 물체의 질량, a는 물체의 가속도이다.  물체 이 받는 힘은 수직방향과 수평방향으로 나눌 수 있는데 수직방향의 힘은 서로 상쇄되어 0이 된다. 남은 힘은 장력 뿐이므로  가 된다. 물체 이 받는 힘은 장력 와 중력 이고, 장력 는 물체 이 받는 장력과 동일하다고 볼 수 있다.

A. 마찰이 없는 경우 (1) 에어트랙의 수평을 맞춘다. (2) photogate를 pulse mode로 맞춘 뒤 두photogate의 간격을 50cm로 맞춘다. (3) 질량 20g추를 추걸이에 끼워 글라이더에 연결한다. (4) 에어트랙을 작용시켜 에어트랙의 마찰을 없앤다.  (5) 초속도가 0이 되도록 글라이더를 photogate 바로 앞에 놓고 출발 시킨다. (6) 실험을 3번 반복하여 평균값을 구하여 기록한다. (7) 글라이더에 추20g씩을 추가하며 실험을 반복한다. 이때, 같은 질량의 추를 글라이더의 양쪽에 올려놓아야 한다. B 마찰이 있는 경우 (1) A번과 똑같은 방법으로 실험 을 하되 에어트랙을 끈상태로 실험을 한다. (2) 이때, 글라이더에 추를 추가하지 않고, 추걸이에는 100g의 추를 달아 실험을 한다. (3) 실험을 3번 반복하여 평균값을 구하여 기록한다. (4) 실험값에서 가속도 를 구하여 를 이용하여 마찰력 를 구하고, 를 이용하여 운동마찰계수 를 구한다. C 마찰이 없고, 기울기가 있는 경우 (1) 에어트랙의 한쪽 높이를 증가시켜, 에어트랙이 기울기를 갖도록 한다. (2) A와 똑같은 방법으로 실험한다.

출처 : 해피레포트 자료실

물리학실험 - 시지프스의 고민

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설명 : 실험의 목적 고립된 계의 에너지는 보존된다. 에너지가 소멸하는 것처럼 보이는 경우에도 이는 에너지가 다른 형태로 변화하는 것일 뿐이다. 지구 중력 하에서 움직이는 물체의 운동을 다루는 경우에 관계되는 에너지는 위치에너지와 운동에너지가 있다. 이 두 에너지의 합을 역학적 에너지라고 하며 역학적 에너지가 보존되는 계를 보존계라고 한다.

Ⅱ.배경이론 위치에너지는 운동에너지로 바뀔 수 있는, 또는 일을 할 수 있는 능력을 의미한다. 표준위치(지구표면)와 표준위치에서의 위치에너지( U지구표면=0 )를 가정하면 높이 h 인 곳에서의 이 물체의 위치에너지는 (1) 가 된다. 이 위치에너지를 구하는 과정에서 이미 역학적 에너지 즉, 운동에너지와 위치에너지의 합 (2) 이 일정하게 유지되는 것을 사용하였기 때문에 역학적 에너지의 보존은 자동적으로 만족된다. 이제 쇠 공과 같은 물체(강체)가 경사진 면을 따라서 직선으로 굴러서 내려오는 경우를 생각해보기로 한다. 물체가 미끄러지지 않고 구르는 경우에는 물체의 운동에너지는 질량중심의 나란히옮김(병진) 운동에너지와 질량중심을 지나는 축에 대한 제돌기(회전) 운동에너지의 합이다. 질량이 m, 반지름이 r, 속력이 v 인 쇠 공의 운동에너지는 (3) 으로, 여기서 ω 는 각속도, I 는 쇠 공의 중심을 지나는 축에 대한 관성모멘트이다

출처 : 해피레포트 자료실

물리학실험 - 양자 꿰뚫기

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설명 : 물체의 전자구조는 양자적인 특성이다. 전자구조에 따라 물체는 금속(도체), 반도체, 부도체로 나뉜다. 부도체 막을 사이에 둔 두 금속 사이의 전기전도 특성도 부도체 막의 두께가 매우 얇거나 가해 준 전위차가 크면 전기를 통한다. 이는 양자역학적인 꿰뚫기(터널링) 현상의 한 예이다. 이 양자역학적 꿰뚫기는 주사 터널링 현미경(scanning tunneling microscope, STM)라는 표면 상태의 원자 구조를 조사하는 실험 도구로 이용되기도 하지만, 더 흔하게는 떼었다 붙였다 할 수 있는 전기 여닫이(스위치)의 접점이나 전기 줄로 쓰이는 구리선을 이을 때 서로 꼬아서 전기를 통하게 하는데도 이용된다. 이 실험에서는 주변에서 사용되는 몇 가지 재료의 전기 흐름 특성을 조사하고, 이들의 전기전도 구조를 이해하도록 한다. 또, 전기저항을 측정하는 4 탐침 조사방법을 경험하고 양자역학적 꿰뚫기현상을 공부하도록 한다.

먼저 도체(금속)의 전기전도 특성을 살펴본다. 여기서 말하는 도체(conductor)란 전기를 잘 통하는 물체를 가리키며, 도체의 대부분은 금속(metal) 물질이다. 금속이란 물질 내에 자유로이 움직일 수 있는 전자(자유전자)들이 있어서, 이들 때문에 내부에서는 정적인 전기마당(electrostatic field)이 0 이 되는 특성을 보인다. 즉, 내부에 알짜 전하(net charge)가 있게 되면, 그로 인한 전기마당에 의해 자유전자들이 재배치됨으로써, 전기마당을 상쇄시킨다. 따라서 금속 내 알짜 전하는 금속의 표면에만 있을 수 있다. 이제 어떻게 해서 금속 내에 자유전자들이 존재하는가 알아본다. 원자들간의 거리가 고체 물질에서와 같이 가까워지면(～ 3 Å), 각 원자에 속한 전자들 중 일부가 서로 겹치는 겹치기(overlap)가 일어난다. 가까이 있는 원자들 사이의 서로 작용은 졸들은 원자 상태(겹침 상태, degenerate state)를 갈라놓아, 안졸들은 상태(안겹침 상태, nondegenerate state)로 만든다. 또, 시공간을 공유하는 전자는 그 양자적인 특성에 크게 지배받는데, 전자와 같이 스핀이 반 정수인 알갱이들은 페르미온으로서 밀어내기 원리(exclusion principle)를 따른다. 즉, 둘 이상의 전자가 같은 상태를 동시에 가질 수 없다. 따라서 원자들끼리 겹치는 전자의 수가 많을 때 이들은 각각 다른 상태를 가져야 한다. 금속 물질의 경우 원자들의 겹침은 원자 당 거의 1 개의 자유전자를 제공한다. 전자는 두 개의 스핀 상태가 가능하기 때문에(spin up 과 spin down 또는 스핀 자기양자수 sz = +½ 과 -½), 이들 전자들은 모든 전자 상태를 다 차지하지 못하고 많은 수의 상태가 남게 된다. 이에 따라 외부에서 전기마당을 가하거나, 빛을 쪼여주거나, 열을 가하는 방법으로 에너지를 증가시킬 때도 그런 상태가 비어 있었기 때문에 쉽게 상태의 변화가 일어난다. 즉, 전기마당이나 열에 의해 전하의 운동이 생기며, 금속물질의 전기전도도와 열전도도가 큰 이유가 바로 여기에 있다. 반면, 부도체들은 원자들이 이온결합을 하거나 공유결합을 하는 등으로 서로 얽매어 자유전자들을 내지 못한다. 따라서 전기 전도도도가 0 이고(실제로는 불순물 등 다른 이유로 0 이 아닌 전기전도도를 갖는다.) 열 전도도도 작다.

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물리화학실험 - 어는점 내림법에 의한 분자량 측정

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설명 : 실험 제목  어는점 내림법에 의한 분자량 측정  실험 목적  이 실험의 목적은 어는점 내림법에 의하여 용질의 분자량을 측정하는 방법을 배우는 데 있다.  실험 이론  ★ 물리화학 실험 내용 ★  용질을 가했을 때 용매의 어는점은 다음 식을 따라서 정상 어는점보다 내려감을 알 수 있다.

여기서 ㅿTf는 어는점 내림, m은 용질의 몰랄농도, ㅿHf는 용매의 몰녹음열, M1은 용매의 분자량, R은 joule/moleK 단위의 기체상수, T0은 순수한 용매의 어는점이다. 이 식은 용액이 이상적이고 온도 변화가 작은 경우에만 적용된다. 식 (1)의 괄호 안에 있는 양들은 모두 용매에만 관계되며 또 온도와 무관하므로, 식 (1)은 다음과 같이 고쳐 쓸 수 있다. ㅿTf = Kfm 여기서 Kf를 몰랄 어는점 내림 상수라고 한다. 실험실에서 꼭 용매 1000g을 사용하기는 불편하므로 식 (2)를 다음과 같이 고쳐 쓴다. 이 식에서 w1은 용매의 무게, w2는 용질의 무게, M2는 용질의 분자량이다. M2에 대해서는 이 되며, 이것이 어는점 내림법에 의해 분자량을 결정할 때 사용할 식이다. 이 식을 쓰려면 용매 w1 그램에 용질 w2그램을 가했을 때 생기는 어는점 내림을 실험적으로 측정한다. 이 자료와 어는점 내림 상수를 식 (4)에 대입하여 분자량을 구한다. ▶ 용매에 대한 몰랄 어는점 내림 상수 및 순수한 용매의 어는점

출처 : 해피레포트 자료실

분석화학실험 - Alkalinity 알칼리도

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설명 : 알칼리도 시료수(試料水)에 지시약으로서 페놀프탈레인이나 메틸오렌지를 가하고, 이것을 이미 농도를 알고 있는 염산이나 황산으로 중화적정하여 정한다. 페놀프탈레인을 사용한 알칼리도는 페놀프탈레인알칼리도라고 하며, 천연수에 함유되어 있는 수산이온의 총량과 탄산이온의 반량(半量)에 상당한다. 메틸오렌지를 사용한 알칼리도를 메틸오렌지알칼리도라고 하며, 탄산수소이온까지 포함한 총알칼리도를 나타낸다. 엄밀하게는 약한 알칼리성을 보이는 물질의 총량을 나타낸다.

알칼리도는 흔히 얼마만큼의 탄산칼슘에 상당하는가로 표현된다. 예를 들면, 해수 100㎤를 0.01N의 염산으로 적정하면 25㎤를 필요로 한다. 이 해수의 알칼리도는 120ppm이다. 2) 당량 보통 당량이라 하면 화학당량을 말하며 이것은 화학반응의 성질에 따라 정해진다. 또한 열의 일당량과 같이 물리적으로 에너지의 변화량을 가리키는 경우도 있다. 전기화학당량은 화학당량을 패러데이상수로 나눈 값이다. 3)노르말농도 규정농도 ·당량농도라고도 한다. 용액 1ℓ 속에 녹아 있는 용질의 g당량수를 나타 낸 농도를 말하며, 기호 N으로 표시한다. 산 ·알칼리의 중화반응 또는 산화제와 환 원제의 산화 ·환원반응의 계산 등에 널리 이용된다. 그러나 같은 물질이라도 관여 하는 화학반응에 따라 g당량수가 달라지는 경우가 있으므로, 농도의 표시법으로서 는 애매한 점이 있다. 예를 들어 과망간산칼륨을 산성용액 속에서 환원제로 반응시 키면 망간이 7가에서 2가의 상태로까지 환원되므로, 과망간산칼륨의 식량의 1/5이 1ℓ 속에 포함되는 용액을 1노르말농도로 한다. 그러나 중성에서 반응시키는 경우에 는 망간이 7가에서 4가의 상태로 환원된다. 따라서 1ℓ 속에 식량의 1/3을 함유하는 용액이 1노르말농도가 된다.

출처 : 해피레포트 자료실

분석화학실험 - 대기 중 암모니아(NH3) 가스 분석 인도페놀법(흡광광도법)

분석화학실험 - 대기 중 암모니아(NH3) 가스 분석 인도페놀법(흡광광도법)

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설명 : 1. Title 대기 중 암모니아(NH3) 가스 분석 인도페놀법(흡광광도법) 2. Date 3. Object

(1) 화학반응 등에 의하여 굴뚝 등에서 배출되는 가스 중의 암모니아를 인도페놀법으로 분 석할 수 있다. (2) 흡광광도법의 원리와 적용에 대해 알 수 있다. (3) 암모니아 가스의 채취방법과 흡수액에 대해 알 수 있다. (4) 인도페놀법의 원리와 발색시약에 대해 알 수 있다.  분석용 시료용액에 페놀-니트로푸르시드나트륨용액과 차아염소산나트륨용액을 가하여 암모늄이온과 반응하여 생성되는 “인도페놀”류의 흡광도를 측정하여 암모니아 농도가 약 1ppm 이상인 것의 분석에 적합하다. 또한 암모니아의 농도가 10ppm 이상인 것에 대 하여는 가스 채취량을 줄이거나 또는 분석용 시료 용액을 흡수액으로 적당히 묽게 하여 분석한다. 4. Experimental instrument ① 흡수액 : 0.5%-붕산용액 ② 발색시약 : 페놀, 니트로푸르시드나트륨, 차아염소산나트륨, 수산화나트륨 ③ 암모니아 표준액 : 황산암모늄 5. Theory 1.인도 페놀법 분석용 시료용액에 페놀-니트로프루시드 나트륨 용액과 차아염소산 나트륨용액을 가하 고 암모늄이온과 반응하여 생성하는 인도 페놀류의 흡광도를 측정하여 암모니아를 정량 한다. 이때 암모니아 이온(NH4+)이 하이포아염소산 이온과 공존할 때 페놀과 반응하여 생기는 인도페놀 청색의 흡광도를 측정하여 그 양을 정하는 방법이다.

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분석화학실험 - 복사선 흡수법

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설명 : 실험목적 물질과 복사선의 상호작용을 이용하여 시료에 대한 정보를 얻는 분과학적 측정 방법으로 용액 속 철을 정량할 수 있다.

이론 실험원리자외선, 가시광선과 같은 복사선이 투명한 물질 층을 통과하는 경우 특정 주파수의 복사선 세기가 선택적으로 감소되는 경우가 있는데, 이러한 현상을 ‘흡수’라고 한다. 이때 복사선 에너지의 일부는 물질의 원자 또는 분자로 이동되고 그 결과 입자는 바닥에너지 상태에서 높은 에너지 상태, 즉 들뜬 상태로 된다. 분광학(spectroscopy)란 복사선과 물질 사이의 상호작용을 연구하는 학문으로 분광학적 분석방법들은 관심 있는 분자 혹은 원자 종들이 흡수하거나 만드는 복사선의 양을 측정함을 기반으로 한다. 빛의 성질 파장 파동의 꼭지점과 꼭지점 사이의 거리 주파수 파동이 매초당 일으키는 완전 진동의 횟수 1초 당 한번 진동 하는 것을 1 헤르츠(Hz)라고 한다. 빛은 진공에서보다 더욱 느리게 다른 매질을 통과한다. 빛이 굴절률이 큰 매질 속으로 들어가면 주파수는 변하지 않지만, 파장은 감소한다. 주파수와 파장의 관계  c - 진공에서의 광속도 (2.99792458 x 108m/s) ν - 주파수(frequency, s-1) λ - 파장(wavelength, nm)

출처 : 해피레포트 자료실

분석화학실험 - 비타민C의 요오드 적정

분석화학실험 - 비타민C의 요오드 적정

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설명 : 〈1〉실험 제목 : 비타민C의 요오드법 적정  가, 「0.1M 용액의 표준화」 나, 「비타민C의 정량」 〈2〉실험 목적 요오드 적정 방법을 이용하여 비타민 C 용액 내에 함유되어 있는 비타민 C의 양을 정량적으로 분석한다.

〈3〉실험 원리 요오드 적정은 고온 초전도체속에 있는 금속 이온의 산화상태를 결정하는 가장 좋은 방법이다. 요오드적정법은 두가지로 나뉜다. ․직접 적정법(Iodimetry) 요오드를 산화제로서 이용하는 적정법으로 iodine보다 산화전위가 낮은 물질(환원성 물질)은 요오드(I2, or I3-)로 직접 적정하여 요오드이온(I-)이 생성되게 한다.(전분지시약 : 무색 → 푸른색) ․간접 적정법(Iodometry ) 표준용액을 사용하여 산화성물질을 직접적정하든가 또는 시료에 KI를 가하여 유리되는 를 표준용액으로 적정하는 법을 말한다. <전체반응식> 아스코르브산(F.W=176.12) ․간접 적정법(역적정) 이용하여 비타민 C의 양을 분석한다. 초기 진노랑 남색착물 표준티오황산 나트륨용액

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분석화학실험 - 인도페놀법

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설명 : 1) 화학반응 등에 의하여 굴뚝 등에서 배출되는 가스 중의 암모니아(NH3)를 인도페놀법으로 분석할 수 있다. 2) 흡광광도법의 원리와 적용에 대해 알 수 있다. 3) 암모니아 가스의 채취 방법과 흡수액에 대해 알 수 있다. 4) 인도페놀법의 원리와 발색시약에 대해 알 수 있다.

분석용 시료용액에 페놀-니트로푸르시드나트륨용액과 차아염소산나트륨용액을 가하여 암모늄이온(NH4+)과 반응하여 생성되는“인도페놀”류의 흡광도를 측정하여 암모니아를 정량한다. 이 방법은 시료채취량이 20L인 경우 시료 중의 암모니아 농도가 약 1ppm 이상인 것의 분석에 적합하다. 또한 암모니아의 농도가 10ppm 이상인 것에 대하여는 가스 채취량을 줄이거나 또는 분석용 시료 용액을 흡수액으로 적당히 묽게 하여 분석한다. 시약 1) 흡수액 : 0.5%-붕산(Boric acid, H3BO3) 용액 2) 발색 시약 : 페놀(phenol, C6H5OH), 니트로푸르시드나트륨(Sodium Nitroprusside Na2[Fe(CN)5NO]․2H2O), 차아염소산나트륨(Sodium Hypochlorite, NaOCl), 수산화나트륨(Sodium Hydroxide, NaOH) 3) 암모니아 표준액 : 황산암모늄[Ammonium Sulfate, (NH4)2SO4] Theory 3.1 인도페놀법 이란? 가스 중의 암모니아를 분석하는 방법으로, 암모니아 이온(NH4+)이 하이포아염소산 이온과 공존할 때 페놀과 반응하여 생기는 인도페놀 청색의 흡광도를 측정하여 그 양을 정하는 방법이다. 배기가스 중의 암모니아분석법으로서 일본공업규격(JIS) K0099에 기록되어 있는데, 시료 가스 중의 암모니아 이온 농도가 약 1ppm 이상일 때 분석에 적당하다. 또 공장폐수 속에서 행하는 암모니아 이온 분석법은 JIS K0102에 기록되어 있는데, 암모니아 이온의 정량범위는 0.001∼0.05㎎이다.

출처 : 해피레포트 자료실