◼실험목적
기체의 온도가 일정할 때 기체의 종류와 상관없이 기체의 압력과 부피 사이의 관계를 이해할수있고, 기체의 압력이 일정할 때 기체의 종류와 상관없이 기체 의 온도와 부피 사이의 관계를 이해하기 위함이다.
이 법칙은 온도가 올라감에 따라 기체가 어떻게 팽창하는지를 설명한다. 반대로, 온도가 내려가면 부피가 감소한다. 일정한 압력에서 기체의 온도를 높이면부피가 증가하고 온도를 낮추면 부피가 감소한다.
수학적으로 보일 샤를의 법칙은 다음과 같이 쓸 수 있다.
V∝T
V/T=k
(T:기체의 온도, V:기체의 부피, k:상수)
이때, 샤를의 법칙에 의해,
V1/T1 = V2/T2
따라서, 이 실험에서는 압력이 같을 때 서로 다른 온도에서 부피가 어떠한 관계를 가지며 달라지는지 확인한다.
◼실험 도구,재료
1L의 비커, 100ml 둥근 플라스크, 메스 실린더, 유리관, 고무마개, 온도계, 증류수, 얼음
◼실험 과정
◼결과
더운 물의 온도T1 : 70°C
얼음물의 온도T2 : 4°C
둥근바닥 플라스크의 전체 부피V1: 100ml
플라스크로 들어간 물의 부피 :34ml
∴ 플라스크 속의 찬 공기의 부피V2: (100-34)ml = 66ml
◼실험값과 문헌값과의 오차율
문헌값: V1 / T1 = V2 / T2 실험값: V1 / T1 =100 / 70
V2 / T2 = 66 / 4
(1-0.0866) / 1 X 100% = 91.34%
◼고찰
① 오차원인 분석
플라스크 속의 찬공기를 계산하기 전에 플라스크 속에 들어간 물의
부피를 측정하기 위해 비커에서 뒤집어 놓았던 플라스크를 들어올
렸다. 이때 플라스크의 고무마개 틈으로 물이 빠져 나갔는데, 오차 의 가장 큰 요인은 바로 이 요인일 것이다. 만약 물의 부피가 더 많이 측정되었다면(고무마개 틈 사이로 빠져나간 물의 양이 더 적 었다면), 플라스크 속의 찬공기의 부피가 더 작게 측정되었을 것이 며, 이에 따라 실험값과 문헌값의 오차율이 확연히 줄어들었을 것 이다.
②온도가 높아지면 부피가 증가하게되는 이유
우선, 임의의 단위 부피의 용기가 있다고 가정하자.
온도가 올라가면 용기 에안 입자의 운동이 빨라진다. 입자의 운동 이 빨라지면 입자가 용기에 충돌하는 횟수가 늘어나게 되면서 내부 의 압력이 증가하게 된다. 이때 입자가 용기에 충돌하는 속력이 증 가한다. 입자가 용기에 충돌하는 속력이 증가하다보면, 용기 내부의 부피가 증가하게 된다.
용기 안의 부피는 용기의 내부 압력이 용기의 외부 압력과 같아질 때 까지 증가하게 된다.
③절대온도와 그에 따른 부피
샤를의 법칙에 따르면 기체의 부피는 절대온도와 비례한다. 이에 대해 다시 생각해보면 절대온도가 0이 되면 기체의 부피가 0 이 된다는 생각을 해볼 수 있다. 하지만 물질의 부피는 0이 될수가 없 다.
따라서 결론적으로 아무리 온도를 내려도 절대 온도 0에 도달할 수 없다는 사실을 생각해 볼 수있다. 절대 온도를 0에 가깝게 수렴 시 킬 수는 있겟지만, 이 값 자체가 0이 될 수는 없는 것이다.
◼참고문헌
공학일반화학실험, 줌달의 일반화학, 옥스토비 일반화학
