표면장력 간단한 정리

[임광자]

표면장력

액체가 자신이 차지하는 표면을 최대로 줄이기 위해 주변 분자들에 작용하는 힘.

표면장력이 생기는 이유

균형을 이루지 못한 분자간의 힘들이 액체의 겉넓이를 최소로 줄이려 하기 때문

표면장력의 예

빗방울의 모양, 소금쟁이가 물위에 뜬 모습, 유리 위에 수은방울…

표면장력에 영향을 주는 요인

온도 - 높을 수록 약간 감소

액체의 점성 - 점성 클수록 작아짐

계면활성제 - 표면장력을 작게 함

표면장력 측정 및 계산

힘 = 표면장력 + 액체 기둥의 중력

F=2π(r1+r2)T +mg

[m= π(r12-r22)hp]

(p: 현재 온도에서의 액체의 밀도)

T=F/2π(r1+r2)-(r1-r2)/2*hpg

T=F/2π(r1+r2)

T=F/4πr*G (G:고리에 대한 보정계수)

표면 장력이란, 말 그대로 표면에서 작용하는 장력(끌어당기는 힘)을 말합니다.

그런데 누가 끌어당기고, 누가 끌어당김을 당하느냐면, 아시다시피 물질(특히, 액체 상태의 물질에서 언급을

자주 하죠)입니다. 액체를 유리컵에 담고 보면, 표면에 있는 액체 물질과 표면보다 조금 안 쪽에 있는

물질이 있을 것입니다. 이 때, 모든 액체는 자신의 부피가 최소화가 되길 원합니다.

그래서 표면보다 조금 안 쪽에 있는 물질들이 표면에 있는 물질들을 잡아 당깁니다.

이 때, 잡아당기는 힘은 물질 사이에 작용하는 만유인력입니다.

어쨌든, 표면보다 조금 안 쪽에 있는 물질이 표면에 있는 물질을 잡아당기는 힘을 표면 장력이라고 하고,

그 목적은 자신의 부피를 최소화하기 위함임을 알아 두세요. 그래서 이슬 같은 것을 보면,

흘러내리지 않고, 동그랗게 그 형태를 유지하고 있는 것이죠.

표면장력이란 표면을 잡아당기는 힘이란 뜻입니다.

물체를 구성하는 분자는 같은 분자끼리 서로 붙을려고 하는 경향이 있습니다. (모든 분자가 다 그렇다는 것은 아님, 정도의 차이도 있고, 물은 센편)

사방팔방으로 잡아 당기는데 물체의 안쪽에 있으면 사방팔방이 같은 분자라 사방팔방에서 잡아 당겨지는 힘이 같지만, 표면에 있으면 안쪽 바깥쪽이 다른 분자가 됩니다. 바깥쪽엔 잡아 당겨주는 다른 분자가 없지요.

즉, 표면은 안쪽으로 잡아 당겨집니다.

줄다리기 할 때 중간에 있는 푯말은 양쪽이 같은 힘으로 잡아 당길때 안움직이는 것과 비슷하죠.

그래서 표면을 잡아 당겨 둥글게 만드는 힘이 표면장력입니다.

같은 부피일 때 구형이 가장 표면이 작으니깐요. 어느 한부위가 툭 튀어 나온 부분 없이 둥글게 만들려고 합니다.

표면장력실험은 별로할게없습니다.

근데 초초초초간단 실험을알려드리지요.

일단스포이트두개,물,에탄올(메탄올도OK),패트릿접시 두개를 준비합니다.

패트릿 접시(이젠 샬레보다 이게 더 정확한 말이에요.)각각에

물과에탄올 한방울을 떨어뜨립니다.

그럼물은 동그란모양을 유지하고,

에탄올은 그냥옆으로 퍼져버립니다.

이것의 이유는 물분자와에탄올 분자끼리의당기는힘,즉 표면장력이 다르기 때문이죠.

이렇게생긴물분자와

 

이렇게생긴 에탄올분자

 

 의 성질이다르기 때문이죠.

이거말고도,물방울과 비눗방울의 차이점을설명해도 좋겠군요..

표면장력이란 표면적을 최소화 하기위해 입자들이 서로서로 안쪽으로 당기는 힘을 말합니다.

표면장력은 입자간의 결합력이 강할수록 입자의 크기가 작을수록 강합니다.

일반적으로 물은 수소결합으로 인해 결합력이 강해 표면장력도 강합니다.

첫번째 경우부터 설명드리자면

종이배 뒤쪽에 비눗물을 묻히게 되면 일반적으로 수소결합이 있는 물에 비해 비눗물은 표면장력이 

약하므로비눗물을 떨어뜨린 뒤쪽은 표면장력이 작아져 배를 당기는 힘이 작아질것이고.

 그에 반해 앞쪽은 표면장력이 크기 때문에 배가 앞으로 나가게 됩니다.

두번째 경우는 소금쟁이의 원리와 비슷합니다.

  

위 그림과 같이 물체가 물에 닿으면 갑자기 물의 표면적이 커지게 되어 표면적을 최소화 하기 위해

물들이 위쪽으로 힘을 가해주게 됩니다.

그렇기 때문에 물수제비가 가능한겁니다.

세번째 경우.

물에 기포를 넣게 되면 마찬가지로 표면적이 커지게 되어 물들이 표면적을 줄이기 위해 강제적으로

기포 밖에서 힘을 가해 기포의 크기를 줄여버리게 됩니다.

비누같은 경우는 표면장력이 물보다 약하기 때문에 기포가 생겨도 표면적을 최소화하려는 힘이 적어

기포가 크게 생성됩니다.