액체와 고체의 표면 장력 측정법

소개

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목차

1. 기본 이론

2. 액체의 표면 장력을 측정하는 방법
① 모세관 법
② 적중법(방울 무게법, drop weight method)
③ 포압법(bubble pressure method)
④ 윤환법(the ring method)
⑤ 평판법(The Plate Method)

3. 고체의 표면 장력을 측정하는 방법
① 이론
② 고체의 표면에너지를 구할 때 필수 사항
③ 실험 방법

본문내용

1. 기본 이론
표면 장력 : 액체의 표면에서 면적을 줄이기 위해서 작용하는 장력. 표면 장력이 크면 표면을 구형으로 이루는 경향이 있다. 액체 내의 분자들은 사방으로 인력과 척력을 갖는다. 이때의 알짜 힘은 0이 된다. 하지만 표면에 위치하는 분자의 경우 액체 방향으로만 힘이 존재한다. 따라서 액체 방향으로 알짜 힘이 존재하게 되어 휘어진 표면을 만든다. 표면 장력은 섞이지 않는 두 가지의 액체, 액체-기체, 액체-고체 사이에서 관찰된다.

표면에너지 : 위와 같이 표면에 위치하는 분자의 힘의 균형이 깨지기 때문에 표면에서 표면의 위치에너지는 액체 내부의 위치에너지보다 크다. 이 에너지를 최소화시켜 힘의 균형을 이루려고 하는 것이 표면 장력이다. 액체의 표면 장력이 크면 고체의 표면에너지는 작다.

2. 액체의 표면 장력을 측정하는 방법
① 모세관 법
액체 속에 유리로 된 모세관의 끝 중 한 부분을 담그면 액체의 얇은 막이 모세관의 유리 표면을 덮고, 액체는 모세관을 따라서 올라간다. 액체와 모세관 사이의 붙으려는 힘(부착력)이 액체 분자들 간 뭉치려는 힘(응집력)보다 크다면, 모세관 내부에 존재하는 액체는 모세관 바깥쪽 액체보다 위로 올라가고, 액체의 면은 아래로 볼록(오목)해진다. 반대로 수은은 응집력이 부착력보다 크다. 그래서 내부 액체가 바깥쪽 액체보다 아래로 내려가고, 액체의 면은 위로 볼록해진다. 이를 ‘매니스커스’ 현상이라 한다. 액체가 모세관을 따라 올라가는 이유는 위와 같은 이유와 액체의 오목한 면 위의 압력 차이와 표면적을 감소시키려 하기 때문이다.
표면 장력은 올라간 물의 높이, 모세관의 반지름(R), liquid 밀도(ρ), 중력 가속도(g, gravitational acceleration)에 비례한다. 이를 공식으로 나타내면,
sigma `=`0.5 rho gRh

요약하면, 모세관 법은 액체에 젖을 수 있는 모세관을 액체 속에 담가 모세관을 올라간 액체의 높이가 표면 장력과 비례한다는 것을 이용한 방법이다.

참고자료

· https://www.cheric.org/files/education/cyberlecture/e201002/e201002-1501.pdf