표면장력 측정
1. 실험목적
Jolly의 용수철저울을 이용하여 액체의 표면장력을 측정한다.
2. 실험기구
Jolly의 용수철저울, 분동접시, 분동 : 1g*2ea, 2g*2ea, 비커, 액체시료(물), 버니어캘리퍼,
두께가 얇은 ring
3. 실험원리
내경 및 외경이 각각 2r1, 2r2 인 원통형 테 (ring)를 그림 1과 같이 액체 표면에 접촉시키고, 액체표면을 원통형 테에 차차 가까이 하여 그것이 액체에 완전히 잠기면 서서히 액체 표면에 아래로 내려오게 하여 원통형 테와 액체 표면이 막 떨어지려는 순간에 멈춘다. 그때의 액체의 높이 h와 용수철의 탄성력 mg를 측정하여 표면장력 T를 측정한다.
그림1에서 원통형 테를 아래쪽으로 끄는 총 장력과 액주의 무게의 합은 용수철의 탄성력 mg와 같다. 즉,
F3 + F2 = F1
이 되며 힘의 평형 상태이다.
(F1 : 용수철의 탄성력 F2 : 물기둥의 무게 F3 : 액체의 표면장력)
2(r1+r2)T+(r12-r22)hg=mg (1)
여기서 는 현재 온도에서의 액체의 밀도이다. 식(1)로부터 표면장력은
(2)
가 되고, 원통형 테가 아주 얇아 r1~r2 일 때 위 식(2) 의 제 2항은 무시되어
(3)
가 된다.
☞표면장력 : 액체내부에서는 여러 분자들로 쌓여 있으나 그 표면은 그렇지 못하다. 따라서 액체 표면에 물체가 있을 때 물체 표면 분자와 액체 표면 분자들 사이에 작용하는 힘을 표면장력이라 한다.
4. 실험방법
① 눈금 조절나사를 돌려 내부튜브가 나오도록 한다.
② 용수철과 눈금이 수직이 되도록 조절한 다음 분동접시와 ring, 비이커를 불순물이 없도록 알코올로 닦아 말린다.
③ 용수철에 분동접시와 ring을 건다. 이 때 실험대로부터 손을 떼어 용수철이 평형상태에 도달하도록 한다.
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2012.04.12
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