열역학 상태방정식과 임계값 측정 시험

• 목적과 특성 (Purpose and Features)

임계값 측정 장치는 실제기체와 증기에서 중요한 현상과 정량적인 취급을 가능하게 하는 장치로, 여러 가지 가스의 임계값, 증기압력 곡선, van der Walls coefficient, 몰랄잠열 (molar latent heats), 몰랄질량 (molar mass)을 실험적으로 결정하는 데 사용된다. 실제기체와 이상기체의 차이는 다양한 상태의 변화와 다른 표기모드에 따라 명확해 진다 (Clapeyron and Amagat diagram). 본 장치의 특성인, 투명한 계측 형상은 액체와 기체사이의 상변화를 육안으로 식별 가능케 해 준다. 수은은 압력 챔버로부터 한쪽 끝이 응고된 모세관으로 압축되어 있어서, 가스의 양이 모세관안에 감금되어 있고 유압전달에 의해 압축되어 있다. 열역학적 상태량인 압력(P), 온도 (T), 체적 (V)등을 물리적으로 관심있는 영역에서 측정할 수 있다.

• 원리와 과제 (Principle and Task)

상시 조건에서의 기체물질이 가변체적, 가변압력 하에 존재할 때, 각각 다른 온도에 따른 값들을 측정하여 기록한다. 임계점은 등온선도(iso-therms)로부터 도학적(graphically)으로 결정한다.

1) 에탄 (ethane)의 P-V-등온(T) 선도를 측정한다.

2) 에탄의 임계점과 임계값 들을 결정한다.

3) Van der Walls 방정식의 상수, Boyle 온도, 분자반경, 상호포텐셜의 변수를 계산한다.

• 안전수칙 (Safety Precautions)

- 최대동작조건 (5 MPa, 55 ℃)을 넘지 않게 조심하고 온도 0 ℃ 이하는 사용 금지

- 측정 모세관 (measuring capillary)을 외부의 기계적 하중에 노출하지 말 것. 모세관에 흠이 있거나 다른 결점이 있을 때, 높은 작동압력 하에서 폭발할 위험이 있음으로 사용금지. 열충격에 노출되는 것을 피하고, 예로, 고온수와 냉온수를 모세관에 연속적으로 채우지 말 것.

- 수조는 장치를 사용할 시 물로 채워져 있어야 하며, 실험이 끝난 후, 수조의 물을 비운다.

- 진공을 시작할 때, 피스톤은 항상 하단 멈춤에 위치해야 한다.

- 압력 뽑기 전 (evacuation), 펌프와 시스템 사이에 Woulffe 병을 설치

- 펌프로부터 추출된 배기공기는 수은증기를 함유할 가능성이 있어, 대기 밖으로 내보내야 한다.

- 피스톤이 하단에 위치할 때, 밸브를 연다. 부적절한 밸브의 열림은 밸브 knob을 제거함으로 피할 수 있다.

- 사용 후, 항상 피스톤을 하단위치로 회전시킨다.

- 주의 : 수은 취급 시 주의할 것, 안전수칙 준수