열전상 실험레포트
실험보고서
1. 이론
열전상이란?
-두 가지의 각각 다른 금속선을 접속했을 때 두 개의 접점 온도가 다르면 기전력이 생겨서 회로에 전류가 흐른다. (이 기전력을 열기전력이라고 부르고 이를 위해 사용된 두 가지의 금속선은 열전대 또는 열전쌍이라고 한다.)
- 열전대의 열기전력은 열전대를 구성하는 2종의 금속선의 종류와 두 접점의 온도에 의해서 달라지며, 금속선의 굵기·길이나 두접점 이외의 온도에는 영향받지 않음
- 한쪽의 접점을 일정한 온도로 유지하면 열기전력은 다른 접점의 온도만으로 정해지며, 온도와 열기전력과의 관계를 미리 알아둠으로써 온도를 측정
- 알맞은 열전대를 사용하면 -200~1,400℃ 범위의 온도 측정이 가능하므로 공업상의 온도 계측에 널리 쓰임
- 제벡 효과 (Seebeck effect) 온도차로부터 기전력 발생 ⇔ 펠티에 효과 (Peltier effect) 전압차로서 온도차 발생
- 제벡 효과에 의한 열기전력을 이용하기 위한 장치로, 오래 전부터 열전 온도계로서 사용되고, 최근에는 열전기 발전으로의 이용도 연구되고 있다.
- 열전쌍이란 서로 다른 2개의 금속선 양 끝을 맞붙여서 온도를 측정하는 장치로, 한쪽 접점은 온도를 잴 곳에 대고 다른 쪽 접점은 낮은 온도 또는 기준온도로 일정하게 유지하면서 측정 장치를 회로 안에 연결하면 두 접점의 온도 차이는 제벡 효과로 알려진 두 온도차에 거의 비례하는 기전력(起電力)을 발생시킵니다. 이때 그 전압을 읽어 표준표를 보고 온도를 알 수도 있고 미리 보정된 측정 장치를 이용하여 직접 온도를 읽을 수도 있는 것입니다.
2. 실험방법 및 같이 나누어 준 것
실험순서
1. K-type 열전쌍과 전선을 적당한 크기로 자른다.
2. K-type 열전쌍의 한 쪽을 꼬아서 측정 접점부를 만들어 연결한다.
3. K-type 열전쌍의 나머지 부분을 많이 벗기고, 열전쌍 각각을 전선과 연결한다.
4. 열전쌍과 전선이 연결한 기준 접점부 두 개를 얼을물에 담근다. (이때 두 개의 기준 접점부는 서로 닿지 않아야 한다.
5. 전선을 멀티미터와 연결한다. 이때 멀티미터는 전압측정 모드를 설정
6. 얼음물과 끊는 물을 이용하여 측정 접점부를 10℃,15℃,25℃,30℃,35℃,40℃,45℃,50℃,60℃일 때의 전압을 측정한다.
7. Excel을 이용하여, 온도-전압 그래프를 작성하고, 출력한다.
8. 손으로 접점부를 잡아서 체온을 측정할 때의 전압을 측정한다.
9. 작성한 전압-온도 그래프를 이용하여, 체온을 구한다.
10. 제공한 K-열전쌍의 온도-전압표를 보고 온도로 환산한다.
11. 오차가 얼마인지 확인하고, 원인을 생각해 보자.
◀ 나누어 준 것
멀티미터, K-type 열전쌍 적당한 크기 1 set, 기준 접점용 비커 1개, 실험용 비커 1개, 알콜온도계, K-type 열전쌍의 온도 전압표, 얼음(0℃), 니퍼, 뺀찌 또는 롱노우즈플라이, 끊는 물(정수기 물 75℃)
▲레포트에는 생략되어 있지만 PH 미터기 보정 실험도 하였습니다. PH meter,온도 탐침, pH 전극, 비이커 3개, 완충용액 (4, 7, 10), 보관용액 증류수통, 완충용액용 비이커3개
3. 실험결과
|
온도(℃) |
10 |
15 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
60 |
|
전류 (mV) |
-0.2 |
-0.4 |
0 |
0.2 |
0.5 |
0.6 |
1 |
1.2 |
1.6 |
|
k 열전대 (mV) |
0.4 |
0.6 |
1 |
1.2 |
1.4 |
1.61 |
1.81 |
2.02 |
2.43 |
4. 토의
감상
처음에 PH미터기를 사용해 보았지만 잘되질 않았습니다. 그 이유는 PH미터기 뒤에 전선이 있었는데 똑바로 연결이 안되서입니다. 그런 사소한 부분들을 신경 쓰지 안아 실험시간이 다른 조보다 느렸습니다. 열전쌍을 사용하는 실험에서는 다행히 잘됬지만 결과를 보니 생각보다 오차가 심해 당황하였습니다. PH미터기실험을 하면서 PH가 얼마인지 측정하는 기계를 이제부터 사용할수 있고 열전쌍실험에서는 처음에 열전ᄊᆞᆼ이 먼지 몰랐지만 시험을 통해 알게되었습니다. 그리고 제가 직접 전선을 짜르고 얼음물과 뜨거운물을 사용하며 만들어보니 실험이 재밌었습니다.
오차의 이유
뜨거운물과 얼음물으로 온도를 맞추어 실험 결과를 내려 했지만 뜨거운물이 정수기물로 하다보니 한계가 있었습니다. 오차가 평균적으로 1씩이나 차이가 나는 것을 보고 실험은 정확하게 해야한다고 생각했습니다.