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액체 의 표면 장력 측정 실험
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액체 의 표면 장력 측정 실험
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이공계실험 | 화공기초실험 | 표면장력계를 이용한 표면장력 측정 | 의약품연구 | IT
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이공계실험 | 소박한 실험 노트 – 종합편 | 의약품 연구 | IT
TIP 표면장력계를 이용해서 액체의 표면장력을 측정하는 것이다.
표면장력은 분자에 의하여 액체가 수축하여 표면적을 될 수 있는 한 작게하려는 성질이다. 액체와 기체 혹은 액체와 고체 등 서로 다른 상태의 물질이 접해 있을 때 그 경계면에 생기는 면적을 최소화하기 위해 작용하는 힘이다. 표면장력은 액체 내의 분자 간의 인력에 의해 서로에게 생긴다. 액체의 분자간 인력의 균형이 표면 부분에서 깨지고 표면 부분의 분자가 액체 속의 분자보다 위치에너지가 크고 액체가 표면적에 비례한 에너지를 가지기 때문에 이것을 작게 하려고 하는 작용이 표면장력으로 나타난다. 물질 내부에 있는 분자에서는 모든 주위의 분자에 의해 똑같이 끌어 당겨진다. 모든 주변으로 동일한 힘을 가지고 끌어 당겨져서 힘이 상쇄가 된다.
모세관을 따라서 액체가 상승하는 이유는 물분자 사이의 응집력보다 물분자와 유리벽 사이에 생기는 접착력이 더 강하면 유리벽을 타고 얇은 물분자막이 형성되며 그 후에는 표면 장력에 의해 중앙 부분의 물을 빨아올리게 되기 때문이다. 끌려 올라간 물기둥의 무게가 유리관 사이의 접착력과 같아지는 높이까지 물은 올라가게 된다. 가는 유리관일수록 물의 무게가 작으므로 높이 올라갈수 있다. 식물의 뿌리가 물을 흡수하는 원리나 물수건이 물을 빨아들이는 것 알코올 램프의 심지를 통해 연료가 빨려 올라오는 것 등은 모세관 현상의 대표적인 예이다.
실험 방법
1. 모세관 상승법 (Capillary rise method)
1) 모세관은 반경이 0.02㎝이고, 눈금이 ㎜까지 새겨진 것을 사용한다.
2) 모세관을 뜨거운 세척액으로 세척하고, 증류수로 씻는다.
3) 물에 녹지 않는 액이 묻어 있을 경우, 아세톤으로 씻는다.
4) 시험관을 같은 방법으로 씻는다.
5) 설치된 기구를 25℃ 항온조에 넣는다.
6) 순수한 액을 시험관에 깊이 몇 ㎝가 되도록 붓는다.
7) 먼지가 없는 깨끗한 고무판에 작은 솜덩이를 붙인 마개로 닫는다.
8) 상승한 액을 약간 흡인하여 강화시키고 다시 균형이 될 때까지 놓아둔다.
9) 모세관과 시험관의 액면 차를 기록한다.
10) 4～5회 측정하고 평균값을 택한다.
11) 모세관의 반경을 알기 위해서 순수한 증류수로 5회 측정한다.
2. 고리방법 (Ring method)
1) 백금-이리듐 선의 고리를 뜨거운 세척액으로 세척하고 따뜻한 증류수로 씻어 건조시킨다.
2) 액체의 표면에서 고리를 끌어올리는데 필요한 힘을 몇 번 반복해서 읽고 그 평균치를 계산한다.
3) 온도는 온도계를 액체에 담가 측정한다.
4) 보정계수를 구하기 위해서 증류수로 몇 번 측정한다.
그리드형
액체 표면장력측정 실험연구 보고서
액체의 표면장력측정 보고서 실험목적
표면장력의 기본 개념을 이해하고, 용수철저울을 사용해 액체의 표면장력을 측정한다.
이론 및 원리
액체를 이루고 있는 분자 중 안쪽에 있는 분자에게는 모든 방향에서 인력이 작용하나, 표면에 있는 분자에게는 액체 속에 있는 분자들이 표면 분자를 안으로 잡아당기는 힘이 작용하며, 액체 표면의 면적을 최소화시키는 데 이 힘을 표면 장력이라 한다.표면 장력은 표면에 수직하게 작용하는 인장 장력을 힘이 작용하는 표면 길이로 나눈 값으로 정의되며, 단위는 n/m이다.
원통(내경 2r {1}, 외경 2r {2})에 액체의 표면으로부터 액체 기둥이 형성되었다면, 위로 잡아당기는 인장 장력 f {t}는 원통을 아래쪽으로 잡아당기는 액체의 표면 장력과 액체 기둥의 무게의 합과 같다.
f {t} 2 pi left ( r {1} r {2} right ) gamma `-` pi left ( r {2} ^{““2}-r {1} ^{““2} right ) `h` rho `g이며,
여기서 gamma 는 액체 표면 장력, h는 물기둥의 높이, g는 중력 가속도, rho 는 측정하는 온도에서 액체의 밀도이다.따라서 gamma {f {t}} over {2 pi left ( r {1} r {2} right )} `-` {left ( r {2}-r {1} right )} over {2} `h` rho `g` (n/m) 이 된다.
실험방법 a.실험 1-스프링 상수 결정
1) 그림 3과 같은 jolly 표면 장력 측정 장치에서 a에 걸린 용수철과 거울자 g가 평행을 이루도록 나사 f {1}, f {2}를 조절 하고, 저울 접시 b, 원통 c, 비커 n을 알코올로 세척한다.
2) 저울 접시 b에 분동(m {1})을 0에서 4g까지 1g씩 증가시키면서 거울에 비친 용수철의 점 p“ prime 은 일직선상에 있어야 한다.
3) 위 2)와는 반대로 분동을 4g에서 0까지 1g씩 감소시키면서 점 p의 위치(y {i} ` prime )를 읽는다.2)와 3)으로부터 점 p의 위치와 용수철에 작용한 힘으로부터 스프링 상수 k를 구한다.
b.실험 2 0 액체의 표면 장력
1) 비커 n에 액체를 넣어 받침대 d에 올려놓고 나사 k`를 풀어 받침대 d를 원통 c에 매우 가까워질 때까지 위로 올린다.마이크로미터 m을 서서히 돌려서 원통 c가 액체의 표면에 살짝 닿게 한다.이 때 스프링의 점 p의 눈금 l {1}와 m의 눈금 h {1}을 기록한다.
2) m을 돌려 받침대 d를 내리면, 원통 c와 시료 액체 사이에 액체 기둥이 생긴다.
3) 원통 c가 액체 기둥으로부터 떨어지기 직전의 점 p의 위치 l {2}와 m의 눈금 h {2}를 기록한다.이 때 h left ( h {2}-h {1} right )-left ( l {2}-l {1} right )이다.
4) 위 1) ~ 3)의 과정을 5회 반복한다.
5) 스프링의 인장 장력은 f {t} k left ( l {2}-l {1} right )이다.
6) 버니어 캘리퍼스로 원통 c의 외경 2r {2}와 내경 2r {1}을 측정한다.
7) 위 결과와 부록에서 찾은 액체의 밀도를 식 (2)에 대입하여 표면 장력 gamma 를 계산한다. (이하 생략)
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