실험보고서물리실험3

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본문 실험3 컴퓨터를 사용한 측정, 온도의 변화 결과보고서 제목 : 컴퓨터를 사용한 측정 전자공 학부 1 학년 학번 : 200420068 이름 : 박순철 날짜 : 04년3월29일 조 : 5조 공동실험자 : 변영찬, 백경재 1 측정값 및 분석 실험1 (물 속 냉각) 온도 (°C) 측정시간(s) t 환산시간(s) t =t-t0 최고온도 31 t0 = 43 t0 = 0 최종온도 19 tf = 91.5 tf = 48.5 37% 23.44 t1 = 48 t1 = 5 1% 19.012 t2 = 84 t2 = 41 최대 변화율 = 3.1007(°C/s) 실험 2 (공기 중 자연 냉각) 실험 3 (공기 중 강제 냉각) 온도 (°C) 측정시간 (s) t 환산시간 (s) t =t-t0 최고온도 31.3 19 0 최종온도 22.5 ***** ***** 37% 25.756 66 47 최대 변화율 = 0.3021(°C/s) 온도 (°C) 측정시간 (s) t 환산시간 (s) t =t-t0 최고온도 31.4 36 0 최종온도 22.2 ***** ***** 37% 25.604 69 33 최대 변화율 = 0.2899(°C/s) 실험 4 (알코올 온도계, 공기 중 자연 냉각) 물의 온도 측정 공기 중 자연 냉각 컴퓨터 : 18.6 °C 37% 도달 시간 : 30 (s) 알코올 온도계 : 19 °C 2 결과 및 토의 질문에 대한 토의 1. 실험 1에서 최종 온도까지의 1% 이내로 들어오는 시간은 5τ와 비교할 때 어느 정도 일치하는가? 이러한 관점에서 식 (3)의 근사는 만족스러운가? → 37%에 도달하는 시간이 5 초 이므로 τ는 5(s) 이다. 따라서 5τ = 25(s)이다. 그러나 우리가 실험한 결과에서는 1%에 도달하는 시간이 41(s)였다. 5τ 와 16초의 큰 차이가 있었다. 식 (3)T - Tf = (T0-Tf)e-t/τ 에 대입해보면 T - 19 = (31 -19 ) e -(41/5) 이고 계산하면 T =19.00329584 °C 이다. 우리가 실험한 1%의 온도와 큰 차이는 나지 않았다. 따라서 식3은 만족스럽다. 2. 물과 대기의 온도를 측정할 때 평형점에 도달하는 시간을 어떻게 비교하겠는가? →평형점에 도달하는 시간은 온도계로 온도를 측정할 때 온도의 변화를 관찰한다. 온도의 변화가 아주 작아질때 그 온도는 평형점에 도달하는 것이다. 물의 경우가 대기의 경우보다 평형점의 도달이 빠르다. 3. 알코올 온도계와 이 실험에서 사용한 온도센서는 어느것이 더 빨리 반응하는가? 시간상수는 온도계의 반응속도를 평가하는데 어떻게 유용한가? →실험 2와 실험 4의 결과를 비교해보면 일반 알코올 온도계가 더 빨리 반응 한다. 시간상수는 온도가 37%에 도달하는 시간이므로 시간상수가 작을수록 반응속도가 빠르다. 4. 반감기 T를 시간상수 τ로 표시하는 식을 유도하여라. → N=N0(1/2)t / T N=N0e-(t / τ) > N0(1/2)t / T = N0e-(t / τ) (1/2)t / T = e-(t / τ) 자연로그를 취한다. (t / T) ln(1/2) = -(t / τ) ln e -(t / T) ln(2) = -(t / τ) ∴ T = τ ln2 5. 식 3을 미분하여 온도변화율 dT/dt 의 식을 구하여라. 최대변화율은 어떻게 표현되는 가? 이 식으로 계산한 값은 실험 1,2,3,에서 측정한 최대변화율과 얼마나 잘 일치하는 가? → ΔT = (ΔT)max e(-t/τ) 미분하면 dT/dt = (ΔT)max e(-t/τ) × (- 1 / τ) 최대변화율 : t가 0일때 ∴최대변화율 = (ΔT)max × (- 1 / τ) 실험1의 측정값은 3.1007(°C/s) 이고, 계산값은 2.4 (°C/s) 이다. 실험2의 측정값은 0.3021(°C/s) 이고, 계산값은 0.1872(°C/s) 이다. 실험3의 측정값은 0.2899(°C/s) 이고, 계산값은 0.2788(°C/s) 이다. 계산값 전부다 비교적 일치한다. 3 토의 및 결과 이번 실험을 하면서 물리량 측정에 컴퓨터를 처음으로 사용해 보았다. 컴퓨터로 각종 검사의 설정을 한 다음에 컴퓨터로 시작 버튼을 눌러 외부 장비인 온도계로 온도를 측정하면 모니터에 측정된 온도가 표시된다. 컴퓨터를 사용하여 측정하니 그냥 측정할 때 보다 더 정확하고 편리하게 물리량을 측정할 수 있었다. 우리가 한 실험 중 첫 번째 실험에서 τ를 계산하여 보았다니 5(s) 가 나왔다. 그래서 1% 도달점인 5τ를 계산해 보았더니 25(s)가 나왔다. 그러나 우리가 실험한 결과에서는 1%에 도달하는 시간이 41(s)였다. 이론적 계산값과 우리가 측정한 실험값에 엄청나게 큰 오차가 있었다. 이 오차는 처음 사용하는 장비의 사용 미숙 때문에 생긴 오차일수도 있고, 또는 온도계를 잘못 만져 사람의 체온이 온도계에 전달되어 1% 도달시간이 늦어질수도 있다고 생각한다. 그래서 다음부터 실험할때는 오차를 줄이기 위하여 새로 사용하는 기구의 사용법을 완전히 숙지하고, 외부 요인이 실험 값에 관여 하지 않게 철저히 실험을 해야겠다. 하고 싶은 말 좀 더 업그레이드하여 자료를 보완하여, 과제물을 꼼꼼하게 정성을 들어 작성했습니다. 위 자료 요약정리 잘되어 있으니 잘 참고하시어 학업에 나날이 발전이 있기를 기원합니다 ^^ 구입자 분의 앞날에 항상 무궁한 발전과 행복과 행운이 깃들기를 홧팅 키워드 실험, 온도, 시간, 측정, 변화율, 최대