이산화탄소카트리지를 이용하여 이산화탄소 밀도를 측정해 보았다.
밀도측정 실험을 하기 위해 풍선입구에 들어갈 수 있는 가장 작은 자전거 펑크 대비 CO2 카트리지 주입기(인젝터)를 구입했다. 예전부터 생각했던 건데 소형 인젝터 덕분에 가능하게 되었다.
밀도를 측정하는 것은 간단하다.
밀도는 질량/부피 니까 이산화탄소의 질량과 부피를 측정하면 된다.
이산화탄소의 질량은 이산화탄소카트리지를 사용하기 전에 질량을 재고 다 사용한 후에 질량을 재면 된다. 그럼 카트리지 안에 있던 이산화탄소의 질량 만큼 질량이 감소할 것이다. (이때 이산화탄소 카트리지는 16g 짜리를 사용했다.)
이산화탄소의 부피를 측정하는 방법은 이산화탄소 카트리지를 풍선 입구에 고무줄로 고정시키고 카트리지 안에 있는 이산화탄소를 풍선안에다 불어 넣으면 된다. (이때 풍선은 16인치(40cm)짜리 풍선을 사용했다.)
그리고 풍선이 더이상 부풀어 오르지 않을때까지 기다렸다가 풍선의 둘레를 측정하며 공식에 의해 풍선의 부피(이산화탄소 부피)를 구할 수 있다.
(실제 해보니 이산화탄소를 풍선에 불어 넣을때 급격한 온도 변화로 풍선입구에 구멍이 날때도 있다. 서서히 이산화탄소를 불어 넣는 것이 좋다. 그리고 서서히 불어 넣다 보니 입구에서 딱딱 거리는 큰 소리가 계속해서 난다. (이유는 잘 모르겠다. 아마 이산화탄소가 단열팽창으로 드라이아이스로 바뀌어서 입구를 막았다가 압력에 의해 다시 빠져나오면서 나는 소리가 아닐까 추측해 본다.))
간단한 방법으로 이산화탄소 밀도를 측정해 보았는데 이론값과 큰 차이가 나지 않는다. 정확한 측정을 하려면 이산화탄소 부피를 정밀하게 측정하는데 공을 많이 들여야 할 것 같다.
또 이산화탄소가 들어있는 풍선과 공기가 든 풍선을 동시에 떨어 뜨리면 이산화탄소가 든 풍선이 먼저 떨어지는 것도 확인할 수 있다.
<실제 실험 측정값>
이산화탄소 질량 = 이산화탄소 카트리지 사용전 질량 - 이산화탄소 카트리지 사용후 질량
= 59.8g - 42.2g = 17.5g
이산화탄소 부피 : 이산화탄소 풍선 둘레길이 81cm = 2πR ----> 따라서 반지름 R = 12.9cm
이산화탄소 풍선 부피 = 4/3 πR3 = 8983cm3
밀도 실험값 = 질량/부피 = 17.5g /8983cm3 = 0.001948 g/cm3
밀도 이론값 = 0.001976 g/cm3
실제 실험값과 이론값이 크게 차이가 나지 않는다.
이산화탄소 카트리지와 인젝터로 상태변화 실험하는 것은 아래 링크 참고
