액체의 표면장력 측정

1. 목적
Jolly의 용수철 저울을 이용하여 표면장력을 측정한다.
2. 실험 방법
①수평조절나사왿� 고정나사를 이용하여 용수철에 달린 지침이 기울어지지 않도록 한다.
②지침이 유리관을 통과하게 하게 한 후, 지침의 눈금과 유리관의 눈금을 일치시키고 용수철의 길이를 잰다.
③분동 접시를 지침 끝에 달고 난 후의 용수철이 늘어난 길이를 잰다.
④분동을 3g까지 증가시키면서 늘어난 길이를 측정하고, 힘상수를 구한다.
⑤분동 접시 대신 표면장력용 고리를 지침 끝에 달고 그 밑에는 물이 든 비커를 놓는다.
⑥고리를 물의 표면에 닿게 한 후, 높이 조절 핸들을 사용하여 고리가 물의 표면으로부터 떨어져 나오는 순간의 용수철의 길이를 측정한다.
3. 이론
표면장력이란, 정지해 있는 액체의 평형상태는 액체 내부의 이웃하는 분자들끼리의 인력에 의하여 유지되고 있으나, 표면에서의 액체는 이웃분자왿�의 접촉이 없어 인력을 받지 않으므로 자체의 표면적을 최소한 작게 하려고 하는 힘을 말한다.
표면장력은 한 표면의 길이 1cm당 잡아당기는 힘으로 표시되는데, 즉 표면장력의 단위는 dyne/cm가 된다.
표면장력을 수식으로 표현하기위해 다음과 같은 실험 및 측정을 한다.
내경이 2, 외경이 2인 환(ring)을 표면장력 , 밀도인 액체 표면에 접촉시킨 다음, 액체표면이 서서히 아래로 내려오게 하여 원환과 액체표면이 막 떨어지려는 순간에 액체의 높이 물기둥이 생기기 시작하는 순간 ring의 하단이 가리키는 눈금과 ring이 물기둥 액면에서 떨어지는 순간의 ring의 하단이 가리키는 눈금의 차이를 측정하면 이 순간 용수철의 상향력는 원환을 아래쪽으로 끄는 장력과 물기둥의 무게의 합과 같게 된다. 즉,
2(g =
이다. 여기서 첫 번째 량은 물기둥막이 안팎으로 있는 것을 고려하였다. 위 식으로부터 표면장력은 g (dyne/cm)
가 되고, 원환이 아주 얇아 일 때 위 식의 두 번째 항은 무시할 수 있으므로 표면장력는 가 된다.
4. 결과 및 토의
위의 식을 사용하자면, 물의 용수철의 상향력 를 알기 위해서는 물의 표면장력를 알아야 하는데, 는 아직 미지의 값이므로, 를 구하기 위해 부록에 참조된 값을 사용하고, 그렇게 계산하여 얻은 값과 부록의 값을 비교해보기로 하였다.
아래는 미리 알아야 할 상수들이다.
①원환내경 = 9.1(mm)
②원환외경 = 9.6(mm)
③물의 밀도 1(g/cm)
④물의 표면장력 = 73(dyne/cm)
⑤중력가속도 = 9.8(m/s)
※ dyne = 힘의 단위 질량 1g의 물체에 매초 1cm의 가속도를 생기게 하는 힘