단일구의 침강속도 실험 예비레포트

소개글

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목차

1. 실험 목적
2. 바탕 이론
3. 실험 기기 및 시약
4. 실험 방법
5. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목적
중력 힘이 작용하는 유체 내부에서 구가 침강할 때 일어나는 현상을 이해하고 항력계수(Drag coefficient)와 레이놀즈수(Reynolds Number)의 관계에 대해 알아본다.

2. 바탕 이론

(1) 침강(Sedimentation)
일반적으로 밀도가 큰 입자가 유체 내부에서 원심력, 중력의 작용에 의해 이들 힘이 작용하는 방향으로 이동하는 현상을 말한다.
침강은 크게 자유침강과 간섭침강으로 구분할 수 있다. 자유침강은 침강하는 입자의 크기가 충분히 커 유체 내부에 공존하는 다른 입자들과 상호작용하지 않는 침강이다. 반면 간섭침강은 입자의 크기가 작은 탓에 주변에 함께 공존하는 입자들의 영향을 쉽게 받는다. 크기와 밀도가 충분히 큰 입자는 중력 침강이 쉽게 관찰되지만, 크기와 밀도가 작은 입자의 경우 유체 내부의 대류와 불규칙한 브라운 운동으로 인해 관찰이 어렵다. 따라서 간섭침강을 하는 입자를 관찰하기 위해선 중력에 수천 배에 해당하는 원심력을 가해야 한다.

입자의 크기
주변 입자와
상호작용
중력에 의한
침강 관찰
침강 방법
자유침강
크기와 밀도가 충분히 큼
O
O
중력에 의한 침강
간섭침강
매우 작음
(ex. 분자, 콜로이드)
X
X
원심분리기, 초원심분리기 등을 이용
Table 1. 자유침강과 간섭침강의 구분

본 실험에서 사용된 밀도가 큰 물체는 직경과 비중이 각각 다른 여러 개의 구이며, 정지된 유체 내에서 물체를 침강시키므로 중력의 영향을 받는 자유 침강으로 구분한다.

-침강 속도 (Sedimentation velocity)
침강이 일어날 때의 속도를 말하며, 입자를 정지한 유체에 침강시키면 침강 초기에는 중력의 영향이 크게 작용해 가속도 운동을 하며 하강한다. 그러나 시간이 지날수록 저항력에 의해 중력가속도가 상쇄되어 결국 일정한 속도를 유지하는 등속도 운동을 한다. 이때 일정해진 속도가 종말속도이며, 침강속도는 입자의 종류, 크기, 형태, 유체의 밀도, 점도, 온도 등의 영향을 받는다. 침강속도에 관한 조건들을 Table 2.에 정리하였다.

참고 자료

2020년 단위 조작 이론 및 실험1 실험노트, p8-12
James O. Wilkes, 2008, "화학공학유체역학“, 한산, 204-209p
박균영 외 17명, 2001, “화학공학실험”, 국립공주대학교, p59-60
Cengel 외 1명, 유체역학(3판), McGrawHill, p343~344, 599~601, 926