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단일구의 침강속도 측정

저작시기 2007.01 |등록일 2007.06.02 한글파일한글 (hwp) | 10페이지 | 가격 1,000원

소개글

본 실험은 중력 하에서 단일구가 액체 중에서 침강할 때 일어나는 현상을 실험하여 액체 중에서 입자 운동을 이해하고자 하였다. 물과 글리세린이 담긴 수직관내에다가 구슬을 침강 시키고 수직관의 상하부의 2 기준점을 통과하는데 걸리는 시간을 측정 하였다. 구슬의 크기를 바꾸어 가면서 5차까지 반복 실험을 하였다. 실험을 통해서 액체 중에서 입자와 유체의 밀도차에 의한 입자의 운동을 이해하였고 실험에 사용된 물과 글리세린을 통해서 밀도와 점도가 높은 유체가 입자의 운동을 방해하는 항력이 큼을 알 수 있었다.

목차

요약
1.실험목적
2.이론
3.실험장치 및 방법
4.결과 및 고찰
5.결론
기호
참고문헌

본문내용

1. 실험목적
중력 하에서 단일구가 액체 중에서 침강할 때 일어나는 현상을 실험하여 액체 중에서 입자 운동을 이해하고자 하였다.

2. 이론
2.1 입자 운동 메카니즘
유체 중에서 입자가 움직이려면 입자에 외력이 작용해야 한다. 유체 중에서 움직이는 입자에는 다음 세 가지 힘이 작용한다.
(1) 외력(external force) ; 중력 또는 원심력
(2) 부력(buoyant force) ; 외력과 평행으로 작용하지만 방향이 반대이다.
(3) 항력(drag force) ; 입자와 액체의 상대적 움직임 때문에 생긴다. 항력은 움직임을 방해하며, 이동 방향에 평행으로 작용하지만 방향은 반대이다[1].

2.2 유체 중의 입자의 일차원 운동
유체 중에서 질량 m인 입자가 외력 의 작용으로 움직이는 경우를 고려한다. 유체에 상대적인 입자의 속도는 u, 입자의 부력은 , 항력은 라 하자. 그러면 입자에 작용하는 힘은 이고, 입자의 가속도는 이다. m은 일정하므로 한 개의 입자에 작용하는 모든 힘을 다음 식으로 나타낼 수 있다.

2.3 종말속도(Terminal Velocity)
중력 침강에서 는 일정하다. 또 항력은 언제나 속도에 따라 증가한다. 식 (6)에서 가속도는 시간이 경과 하면 감소하다가 0에 접근한다. 입자는 곧 일정한 속도에 이르게 되는데 이 속도는 주어진 상황에서 도달할 수 있는 최대 속도로서 종말속도라 한다. 중력 침강의 경우 는 아주 작으므로 무시할 수 있다. 이 경우 임의 반경에서의 종말속도는 다음 식으로 정의한다[1].
2.4 항력계수(Drag coefficient)
관이나 유로를 통한 유체의 흐름에서는 속도두 × 밀도에 대한 전단응력의 비로 정의되는 마찰계수가 유용하다. 잠긴 고체에 대해서는 마찰계수에 상응하는 항력계수가 유용하다. 식 (5)~(7)를 정량적으로 사용하려면 항력계수 의 수치가 필요하다. 항력계수와 Reynolds 수의 관계를 fig. 1에 나타내었다.

참고 자료

[1] Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriott, 이화영, 전해수, 조영일, 단위조 작 7판, McGeaw-Hill Korea, 2005, P142~148.
[2]서정목 박균영 이철호 강태원 김동선 김진현 최재환, 화학공학실험, 공주대학교 출판부, 2005, P64~65.
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