[단위조작실험] 액체의 비중[Specific gravity, Sp

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본문내용

실험제목(Title)
액체의 비중(Specific gravity, Sp.gr.)측정
1.실험목적(Object)
1. 액체의 비중과 밀도관계를 이해한다.
2. 각종 비중 측정 장치를 이해한다.
3. 액체의 농도와 비중 관계를 이해한다.
4. 용액의 온도와 비중 관계를 이해한다.
5. 밀도로부터 어떤 물질의 순도를 이해한다.
2.이 론(Theory)
1. 비중 (Specific gravity)의 정의
그림1. 온도에 따른 물과 수은의 비중표
비중이란 어떤 물질의 질량과, 이것과 같은 부피를 가진 표준물질의 질량과의 비율을 말합니다. 비중은 온도와 압력(기체의 경우)에 따라 달라지며, 대부분의 경우 밀도와 같은 개념이라고 할 수 있다.
고체와 액체의 비중은 일반적으로 4℃의 물을 기준으로 한다. 물의 밀도는 4℃에서 1.000㎏/ℓ이다. 기체는 보통 건조한 공기와 비교하는데, 건조한 공기의 밀도는 표준상태(0℃, 1기압)에서 1.29g/ℓ이다. 예를 들어, 액체 수은의 밀도는 13.6㎏/ℓ이므로 비중은 13.6이 되는 것이다. 밀도가 표준 상태에서 1.976g/ℓ인 이산화탄소 기체의 비중은 1.53이고, 비중은 같은 단위를 가진 두 양의 비율이므로 단위가 없다.
2. 비중의 종류
1) 부피 비중 (bulk specific gravity)
내화물의 무게(g)를 그 부피(㎤)로 나눈 값이며 여기에서 부피란 내부에 있는 기공을 포함한 외형의 부피를 말한다.
2) 겉보기 비중 (apparent specific gravity)
균일한 고체의 비중 측정 방법을 임의의 시료에 대한 비중 측정에 적용했을 때의 비중을 말한다. 측정하기 쉬운 방법에 의하여 환경 등의 조건을 무시하고 산출한 겉보기상의 비중이다. 다시 말해서 같은 철의 부피를 잰다고 해도 철덩어리를 물에 넣었을 때와 철가루를 내서 물에 넣었을 때 철가루의 경우 그 사이사이의 공간이 부피를 차지하게 되어서 비중을 구하면 철덩어리였을 때보다 작게 나오게 되는데 이런 비중을 겉보기 비중이라고 한다.
3) 진비중 (True Specific Gravity)
주어진 온도에서의 물질의 중량과, 같은 온도의 진공상태에서 동일한 부피를 차지하는 물의 중량과의 비라고 한다. 보통 실험에서 시료에 함유되어 있는 액체 및 기체를 제외한 부분의 비중을 말한다. 즉 고체부분만의 비중으로서, 대게의 경우 비중과 구별할 필요가 없으나 특수한 경우 예를 들어 내부에 독립된 기포 같은 흡착수를 가지고 있는 경우에는 진비중과 차가 생기기 때문에 진비중이라는 단어를 쓴다.
3. 비중과 밀도의 차이
각 물질의 질량이 그것과 같은 부피를 가진 표준물질의 질량의 몇 배인가를 나타낸 수치. 엄밀하게 질량은 일정 압력에서의 관성을 측정함으로써 결정되는데, 보통은 같은 장소에서의 무게비로 결정되므로 비중이라고 한다. 일반적으로 액체나 고체는 4℃의 물 1㎝³를 1g으로 하고 이것을 표준으로 한다. 기체의 경우는 0℃, 1기압에서의 공기를 표준으로 취할 때가 많다. 또 4℃ 물의 밀도는 0.999973g/㎝³이므로 비중의 0.999973배가 CGS단위로 나타낸 밀도와 같은데 실제 사용할 때는 그 차이를 무시해도 지장은 없다.
4. 비중에 영향을 미치는 요인
1) 비중과 온도의 관계
앞서 언급했듯 비중의 정의는 어떤 물질의 질량과, 이것과 같은 부피를 가진 표준물질의 질량과의 비율을 말합니다. 비중은 온도와 압력(기체의 경우)에 따라 달라지며, 대부분의 경우 밀도와 같은 개념이라고 할 수 있다.
샤를의 법칙에 따르면 압력이 일정할 때 온도와 부피는 비례하는 값을 가진다. 고로 비중병으로 액체의 비중을 측정할 때 일정한 온도를 유지해야하며 사람의 체온으로도 그 값이 변할 수 있기 때문에 되도록 손으로 비중병을 잡거나 하는 행동은 좋지 않다.
2) 비중과 농도의 관계
농도란 액체나 혼합기체와 같은 용액을 구성하는 성분의 양의 정도. 용액이 얼마나 진하고 묽은지를 수치적으로 나타내는 방법이다. 농도가 진하다고 말한다면 일정한 용액 속에 용질이 많음을 의미한다. 농도가 높아졌다는 것은 용액 속에 용질이 증가하여 밀도가 커졌다고 봐도 무관하다고 생각된다. 그러므로 농도가 증가하였다는 의미는 비중의 값도 커진다는 비례의 관계가 성립된다고 생각된다.
3) 비중과 압력의 관계
보일에 법칙을 예로 들 수 있다. 보일에 법칙이란 일정한 온도에서 압력이 변하면 밀도가 변동한다는 법칙을 말한다. 비중도 마찬가지이다 압력을 받으면 부피가 줄어들고 그에 따른 밀도의 값에도 변화가 생긴다.
5. 시료의 상태에 따른 비중 측정방법
피측정물이 고체·액체·기체에 따라 여러 가지 방법이 있다. 일반적으로 액체비중계를 가리키는 경우가 많다. 보통 아르키메데스의 원리(Archimedes principle) 아르키메데스 원리(Archimedes’ principle) : 액체나 기체 속에 있는 물체는 그 물체가 차지한 액체나 기체의 부피만큼의 부력을 받는다는 법칙이다. 액체나 기체 또는 물체의 정지 및 운동에 관계없이 성립하는데, 기원전 220년 무렵에 아르키메데스가 발견하였다.
를 이용하여 물체의 질량과 그것이 액(液) 속에 있을 때 받는 부력(浮力)으로부터 액체의 비중을 측정하는 형식이다.
고 체 용
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키워드

액체의 비중,   액체의 비중과 밀도관계,   액체의 농도와 비중 관계