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by

Eun-Kyeong Lee

on 23 May 2014

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액체 및 고체의 물성측정
조남찬 주진환 황인렬
홍성윤 김정빈 지영지
목차
2. 액체의 점도측정
4. 고체의 밀도측정
1. 액체의 밀도측정

3. 액체의 표면장력측정
1) 실험 목적
2) 실험 이론
3) 비중병을 이용한 밀도측정 실험방법
1) 실험 목적
2) 실험 이론
3) Oswald 점도계를 이용한 점도측정 실험방법
1) 실험 목적
2) 실험 이론
3) Du Nouy 표면장력기를 이용한 표면장력측정 실험방법
1) 실험 목적
2) 실험 이론
3) 비중병을 이용한 고체의 겉보기 밀도측정 실험방법
4) 피크노미터 기기를 이용한 절대밀도측정 실험방법
액체의 밀도측정
1) 실험 목적
밀도와 비중의 관계를 알고 비중병을 이용하여
에탄올 수용액의 밀도를 측정해본다.
2) 실험 이론
· 액체
물이나 기름과 같이 자유롭게 유동하여 용기의 모양에 따라 그 모양이 변하며 일정한
형태를 가지지 않고 압축을 가해도 부피가 거의 변하지 않는 물질의 상태이다.
· 밀도
정확하게 측정해야 한다.
밀도는 어떤 물질의 단위 부피당의 질량을 말하며 물질마다 고유의 값을 가진다.
의하여 변한다. 따라서 밀도를 측정할 때, 일정한 온도와 압력에서 물질의 질량과부피를
일정량의 물질의 질량은 온도나 압력의 변화에 거의 변하지 않으나 부피는 온도나 압력에
ρ : 물체의 밀도 (kg/m)
m : 물체의 질량 (kg)
v : 물체의 부피 (
· 비중
두 물질의 밀도의 비를 말하며 단위를 가지지 않는 무차원수이다.
어떤 물질의 질량과 이것과 같은 부피를 가진 표준물질의 질량과의 비율로
고체 및 액체의 표준물질 - 1atm, 4℃의 물
기체의 표준물질 - 1atm, 0℃ 하에서의 공기
( *기체의 경우 비중은 온도와 압력에 따라 달라진다. )
· 밀도 측정기의 종류
① 비중병
액체의 비중을 측정하기 위한 용기로, 작은 구멍이 뚫린 마개가 붙어 있는
유리병이다. 이 병에 액체를 채우고 마개를 하여 가는 구멍으로부터 넘치는
분량을 버려 일정 온도에서 질량을 측정하고, 동일 온도의 비중병으로 같은
부피의 표준용액의 질량을 구하여 비중을 계산한다.
② 애리오피크노미터
비중 눈금을 매긴 유리관 아래의 시료실에 시료를 채워 증류수 속에 띄우고
가라앉은 깊이의 눈금으로 시료의 비중을 읽는다.
3) 비중병을 이용한 밀도측정 실험 방법
·
실험 기구 및 시약
항온조 장치, 전자저울, 게이뤼삭 비중병, 피펫, 여과지,
10% 에탄올수용액, 증류수
· 실험 과정
① 깨끗이 건조된 비중병의 질량을 측정한다.
② 항온조 장치 내에 물을 담고 온도를 25℃로 맞춘다.
③ 비중병에 증류수를 채운 후 뚜껑을 닫고 항온조 장치에 병의 경부까지 담근다.
④ 비중병의 온도가 25℃ 가 되도록 10~20분간 방치한다.
⑤ 여과지 조각으로 비중병 외부의 물을 닦은 후 질량을 측정한다.
⑥ 같은 방법으로 에탄올의 질량을 측정한다.
· 결과 처리 방법
· 실험 시 주의사항
- 비중병 무게 측정 시 비중병 외부에 다른 물질이 묻어있으면 안 된다.
- 뚜껑을 닫을 때 액체가 끝까지 올라오도록 천천히 닫는다.
액체의 점도 측정
점도의 개념을 알고 Ostwald 점도계를 사용하여
1) 실험 목적
에탄올의 점도를 측정해 본다.
2) 실험 이론
· 점성
유체의 흐름에 대한 저항을 말하며 운동하는 액체 내부에 나타나는 마찰력으로 액체의
끈끈한 성질을 말한다.
· 점도
유체의 흐름에서 저항하는 값의 크기로 유체 점성의 크기를 나타내는 물질 고유의 상수이다.
점도의 cgs 단위계로는 g/cm · s를 사용하는데 1g/cm · s를 1Poise(푸아즈)라고 하며
1P로 표시한다.
U
F
b
y
u
고정된 평판
· 전단응력
물체의 어떤 면에서 어긋남의 변형이 일어날 때 그 면에 평행인 방향으로
( F : 층을 미는 힘 / A : 층의 면적 )
두 평판 사이에 들어 있는 유체의 속도는 u=u(y) 이고, 그 분포는
식으로 표현될 수 있다.
따라서 평판 사이의 속도구배 (거리에 대한 속도의 변화율)
전단응력을 증가시킬 때 이에 직접 비례하여 속도구배가 증가한다. 즉, τ ∝
가 발생한다. 힘 F를 증가시켜서
비례가 성립된다.
이 결과는 유체의 경우, 전단응력과 속도구배가 다음과 같이 표현될 수 있다.
힘 F는 접촉면적 A에 비례하여 접촉면에서의 법선방향의 속도경사
에 비례한다.
이 경우 η은 유체의 종류와 온도에 의해 정하는 고유 값으로 점도라 한다.
· 점도의 종류
① 절대 점도
일정한 부피를 가진 액체가 중력의 영향을 받아 길이와 반지름이 알려진 모세관을
통해 흘러내리는데 소요되는 시간을 측정해서 구한다.
( V : 액체의 부피 / r : 모세관 반경 / t : 걸리는 시간 / P : 압력 / L : 모세관의 길이 )
② 상대 점도
주어진 온도에서 어떤 기준물질과 비교하여 상대적인 점도를 결정하는 것으로 점도계로
기준물질과 시료가 흘러내리는데 소요되는 시간을 측정해서 구한다.
· 점도 측정기의 종류
① Ostwald 점도계
액체가 모세관 사이를 흘러 통과하는 동안의 시간을 측정하여 액체의
점도를 구하는 장치로 물의 점도를 표준으로 삼아 상대 점도를 측정하는
장치이다.
② 낙하구 점도계
기름과 같이 점도가 높은 액체에 적합한 측정기로 액체 속을 공이
자유낙하 할 때의 속도로부터 점성도를 측정하는 것이다.
시료를 넣은 원통 관을 수직으로 놓고 원통관의 위 부분에서 공을
낙하시켜 일정한 거리를 낙하하는 데 소요되는 시간을 측정하여
액체의 점도를 측정하는 장치이다.
3) Ostwald 점도계를 이용한 점도측정 실험방법
· 실험기구 및 시약
Ostwald 점도계, 비중병, 초시계, 피펫, 여과지, 스탠드,
온도계, 증류수, 10% 에탄올수용액
- 밀도 측정
· 실험 과정
① 깨끗이 건조된 비중병의 질량을 측정한다.
② 항온조 장치 내에 물을 담고 온도를 25℃로 맞춘다.
③ 비중병에 증류수를 채운 후 뚜껑을 닫고 항온조 장치에 병의 경부까지 담근다.
④ 비중병의 온도가 25℃ 가 되도록 10~20분간 방치한다.
⑤ 여과지 조각으로 비중병 외부의 물을 닦은 후 질량을 측정한다.
⑥ 같은 방법으로 에탄올의 질량을 측정한다.
- 시간 측정
① 스탠드에 설치된 Ostwald 점도계에 피펫으로 증류수를
② 피펫 펌프로 증류수를 실선 위까지 끌어올린다.
③ 피펫 펌프를 빼서 증류수를 자연히 흘러내리게 하여 액면이
2개의 실선 사이를 통과하는데 걸리는 시간을 초시계로
④ 같은 방법으로 에탄올의 유하시간을 측정한다.
· 결과처리방법
· 실험 시 주의사항
- 액체를 끌어올릴 때 액체사이에 공기가 생기지 않게 한다.
일정량 취하여 점도계 안에 넣는다.
액체의 표면장력 측정
1) 실험 목적
Du Nouy법을 이해하고 물의 표면장력을 구해 본다.
2) 실험 이론
· 표면장력
액체의 자유표면에서 표면을 작게 하려고 작용하는 장력을 말한다.
- 표면장력 생성 원인
액체 내부의 분자는 모든 방향에서 분자간의 상호작용을 하고 있기 때문에
내부분자에 작용하는 알짜 분자력은 0이 된다. 하지만 액체의 표면에 있는
분자는 액체 내부에 있는 것과는 달리 표면의 위쪽 분자에는 아래쪽으로부터
잡아당기는 분자 간 인력을 상쇄할만한 다른 인력이 작용하지 않는다.
따라서 액체 내부로 향하는 알짜 분자력이 존재하게 되어 표면장력이 생긴다.
· 모세관 현상
액체에 폭이 좁고 긴 관을 넣었을 때, 관 내부의 액체 표면이
외부의 표면보다 높거나 낮아지는 현상으로 액체의 응집력과
관과 액체 사이의 부착력에 의해 생기는 현상이다.
- 응집력
액체 또는 고체에서 그 물질을 구성하고 있는 원자, 분자 또는
이온간에 작용하는 인력
- 부착력
서로 다른 두 물질 분자 사이의 끌어당기는 힘
· 메니스커스
관속의 액체 표면의 만곡 부분
- 메니스커스가 오목( ) : 유리관과 액체 사이의 부착력 > 액체의 응집력
- 메니스커스가 볼록( ) : 액체의 응집력 > 유리관과 액체 사이의 부착력
· 표면장력 측정법
- Du Nouy법
표면 팽창에 필요한 힘을 측정하는 방법으로 가는 금속 고리를 수평으로 걸어서
액체 표면에 접촉하여 서서히 위로 들어 올리면 그 때 부착되어 있는 금속고리와의
인력이 생기는데 금속고리와 수면이 분리되어지는 순간이 액체의 표면장력이 된다.
백금링을 액에 넣은 다음 서서히 끌어당기면 그림과 같은 모습이 나타난다.
이 그림에서 보면 링을 서서히 당김에 따라 접촉각은 줄어들게 되고 최고의 힘
이 값을 장력계를 통해 눈금으로 읽게 되고 공식에 대입하면 표면장력의 값을 얻게 된다.
도달하게 되면 접촉각은 0도가 된다.
*백금링을 사용하는 이유

백금링을 따라 잘 올라온다. 또한 액체와 반응이 잘 일어나지 않아 더 정확한 결과를
백금링은 표면 에너지 값이 높아 어떤 액체와도 젖음성이 월등하기 때문에 액체가
얻을 수 있다.
금속고리와 수면이 분리되어지는 순간의 힘을 식으로 나타내면
그러나 그림에서 보듯이 최고의 힘에 도달하였을 경우 수면위로 따라 올라온 부분의
액체의 밀도에 의한 무게만큼 힘이 더 걸리게 되어 이 값을 보정해야만 정확한
표면장력의 값을 측정 할 수 있다.
실험을 통해 측정한 표면장력을 S라 하면
F에 포함된 물의 질량을 보정하기 위한 보정계수를 K라 하면
( R : 고리의 반지름 / r : 고리의 반경 / D : 액체의 밀도 / d : 공기의 밀도 )
이렇게 실험에서 구한 표면 장력 S에 보정상수 K를 곱해줌에 따라 보정된 표면장력을
구할 수 있다.
σ(보정된 표면장력) = S × K
3) Du Nouy 표면장력기를 이용한 표면장력 측정 실험방법
· 실험기구 및 재료
Du Nouy장력계, 샬레, 핀셋, 백금링, 증류수
· 실험방법
측정한다.

A
B
C
D
E
F
G
H
① 백금링 및 용기를 증류수로 닦는다.
② 장력계가 수평이 되도록 수평조정 나사(A)로 조절한다.
③ 다이얼 손잡이(B)로 지시계의 0점을 눈금판의 0에 맞춘다.
B
④ 나사(C)에 의한 피아노선을 적정한 강도에 잡아당긴 후 백금링을 막대팔 기둥(D)에 매단다.
⑤ 막대팔 기둥(D)을 빨간 표선에 맞추도록 나사(C)를 느슨하게 하고 손잡이(E)로
조정한 후에 나사(C)로 고정 시킨다.
D
⑥ 샬레에 증류수를 80%정도 넣고 용기대(F) 위에 올린 후 액면과 백금링의 사이가
1~2mm 정도까지 접근시키고 백금링이 중앙에 위치하도록 고정용 나사(G)를 조절한다.
⑦ 조정용 나사(H)로 액면과 백금링을 접촉시킨다.
⑧ 다이얼 손잡이(B)를 돌리면서 백금링이 액면과 떨어진 순간에 멈춰진 눈금을 읽는다.
A
B
C
D
E
F
G
H
· 결과처리방법
눈금판을 읽었을 때의 값
에 표면장력에 의해 올라간
물의 무게를 보정시키기 위해 보정계수
를 S에 곱해 준 σ = S × K값을 구한다.
· 실험 시 주의사항
- 막대팔 기둥이 닿는 부분에는 액체가 남아있지 않도록 한다.
- 일정한 속도로 백금 링을 들어 올려야 한다.
모양의 변형을 가져오면 안 된다.
- 백금 링을 사용할 때는 항상 소독이 된 핀셋을 이용하며 절대 손으로 만져서
고체의 밀도측정
1) 실험 목적
사용하여 고체의 밀도를 측정해 본다.
고체의 밀도를 측정하는 법을 알고 피크노미터 및 비중병을
2) 실험이론
· 밀도
- 겉보기 밀도 (일반적인 밀도)
어떤 물체의 입자만의 부피가 아니라 공극의 부피를 합한
부피에 대한 물체의 질량
- 절대 밀도
어떤 물체의 공극의 부피를 빼준 입자만의 부피에 대한
물체의 질량
( *공극 : 입자가 차지하지 않는 부분 )
· 비중
비율로 두 물질의 밀도의 비를 말하며 단위를 가지지 않는 무차원수이다.
어떤 물질의 질량과 이것과 같은 부피를 가진 표준물질의 질량과의
고체 및 액체의 표준물질 - 1atm, 4℃의 물
기체의 표준물질 - 1atm, 0℃ 하에서의 공기
( *기체의 경우 비중은 온도와 압력에 따라 달라진다. )
· 피크노미터 기기 (Ultrapycnometer 1200e)
계산할 수 있다.
비율과 부피를 측정하고 고체의 질량을 고려하여 절대밀도를
가스를 통하여 고체물질 내의 Open Cell과 Closed Cell의
반응성이 작고 작은 원자결정의 틈새와 기공을 통과해야 한다.
미세 기공을 통과하는 가스를 이용하여 정확한 고체의
부피를 측정 할 수 있으며 사용되는 가스는 일반적으로
- Open Cell : 구멍이 뚫려있어 공기가 투과 될 수 있는 셀
- Closed Cell : 구멍이 막혀있어 공기가 투과 될 수 없는 셀
3) 비중병을 이용한 고체의 겉보기밀도측정 실험방법
· 실험도구
저울, weld 비중병, 증류수, 고체(ex. 지우개)
· 실험방법
① 빈 비중병의 질량을 측정한다. (A)
② 고체를 함유한 건조 비중병의 질량을 측정한다. (B)
③ 액체로 채운 비중병의 질량을 측정한다. (C)
④ 고체를 함유하고 액체 시료를 채운 비중병의 질량을 측정한다. (D)
A
· 결과처리방법
① 고체의 질량을 구한다.
B
-
② 고체의 부피를 구한다.
=
C
-
A
=
-
D
B
=
-
×

(
)
= 고체의 부피
= 넘친 양 만큼의 증류수가 가지는 부피
고체의 부피는 고체의 부피만큼 액체가 차지하고 있는 부피와 같다.
*아르키메데스의 법칙
· 실험 시 주의사항
- 고체가 액체와 반응하거나 녹지 않아야 한다.
- 고체의 밀도가 액체보다 커서 고체가 가라앉는 것이어야 한다.
4) 피크노미터 기기(Ultrapycnometer 1200e)를 이용한
절대밀도측정 실험방법
· 실험도구
버니어 캘리퍼, 폴리머 폼
피크노미터 기기(Ultrapycnometer 1200e), 전자저울,
· 실험방법
장비의 전원 스위치를 켠다.
① 압력 조절기를 이용하여 헬륨 가스의 압력을 5~7psi로 맞추고
② 폴리머 폼을 저울에 올려놓고 무게 값을 측정한다.
③ 버니어 캘리퍼로 폴리머 폼의 가로, 세로, 높이의 길이를 잰다.
④ 폴리머 폼을 실린더에 넣고 뚜껑을 닫는다.
⑤ 장비의 LED창에서 1번 Run을 누른다.
⑥ Cell Size와 분석시간 등을 입력 한다.
후에 폴리머 폼의 가로, 세로, 높이, 무게값을 입력한다.
⑦ Sample Parameter에서 2-Dimension을 누르고 Cube를 선택한
⑧ Run을 누르고 분석을 시작한다.
· 결과처리방법
- Vol (cc) : 폴리머 폼의 부피(가로×세로×높이) - 공극의 부피
- Closed Cell (%) : 100 - Open Cell
- Open Cell (%) : 공극률
- Density (g/cc) : 무게 / 부피
= 폴리머 폼의 부피 × Closed Cell
감사합니다
·참고 문헌
- 2012년도 1조 핸드아웃
- 일반화학 7판
- 네이버 지식 백과 사전
작용하여 원형을 지키려는 힘
)
A
B
C
D
E
F
G
H
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