기체의 몰열용량 비율 측정 보고서입니다.

소개글

기체의 몰열용량 비율 측정 실험 후 조 대표보고서 제출했던 보고서입니다.

목차

1.실험목적
2.배경이론
3.시약 및 기구
4.실험방법
5,결과
6.결과해석 및 논의
7.참고문헌

본문내용

기체의 몰열용량 비율 측정

1. 실험목적
질소 기체(N2)의 단열팽창과정을 통해 몰열용량 비율(=Cp/Cv)을 측정할 수 있다.

2. 배경이론
(1) 열용량(heat capacity)
열용량이란 어떤 물질의 온도를 1˚C 또는 1K 높이는데 필요한 열량으로 열을 가하거나 빼앗을 때 물체의 온도가 얼마나 쉽게 변하는지를 알려주는 값이다. 열용량은 다음 관계식으로 정의되는 물질-의존 성질이다.
여기서 C의 SI 단위는 J K-1 이며 이는 크기의 양이다. 계산에서는 흔히 몰 열용량 이 사용되며, 단위는 J K-1 mol-1 인 세기의 양이다. 열용량의 값은 이를 측정하는 실험 조건에 의존하게 되는데 가장 일반적인 조건은 일정부피과정이나 일정압력과정이다. 일정부피에서의 열용량을 로, 일정압력에서의 열용량을 로 나타낸다.
일정부피 열용량 는 로 나타낼 수 있다. 내부에너지 변화는 계에 행한 일과 열의 합인 인데, 일정부피 가열과정에서는 계의 부피변화로 인한 팽창일이 없으므로 () 이기 때문에 대신 를 대입할 수 있다.
일정압력 열용량 는 로 나타낼 수 있다. 우선, 내부에너지에 관한 식을 다음과 같이 변형할 수 있다.
이 식을 이용하여 로 다시 쓸 수 있으며, 엔탈피의 정의 를 이용하면 임을 알 수 있다. 여기서 엔탈피 변화 는 로 나타낼 수 있는데, 이상기체 상태방정식 을 적용하면 이 식은 로 나타낼 수 있다. 따라서 일정압력 열용량을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
따라서 이고, 이를 몰수 n으로 나눠주면 임을 알 수 있다.
(2) 내부에너지(internal energy)
열역학에서 내부에너지는 계 속의 분자들의 전체 에너지, 즉 운동에너지와 퍼텐셜 에너지의 합을 의미하며 로 나타낸다. 특히, 기체 분자의 내부에너지는 기체 입자들이 가진 에너지의 형태인 ‘자유도(degree of freedom)’으로 나타내어진다. 이상기체 또는 모든 기체의 경우 운동 에너지는 온도에 비례한다. 즉, 온도가 높으면 기체가 빨리 움직이며, 반대로 온도가 낮으면 느리게 움직인다. 따라서 내부 에너지 는 온도 T에 비례한다는 사실을 설명할 수 있다는 고전역학의 원리로 열적 평형에 있는 원자나 분자들로 이루어진 계에서 내부 에너지에 기여하는 각각의 에너지들의 2차항들의 값은 그 종류에 관계 없이 가 된다는 것이 ‘균등 분배의 원리(The equipartition theorem)’이다. (k는 볼츠만 상수)

참고 자료

Thomas Engel, Philip Reid, 물리화학, 1판, 2006년, 청문각, pp 19-60
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