액체의 표면장력 실험

소개글

액체의 표면장력 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.서론

2.이론

3.실험방법

4.실험장치

5.실험준비과정

6.계산

본문내용

도달한다.
Pmax = gh + 2/r
이때 Pmax는 기포를 배출하는데 필요한 모세관 안에서의 가스압력이다.
예로 끓는 물의 매체에서 평형을 유지하기 위하여는 반경이 0.1mm인 수증기 기포내에 압력이 얼마나 필요한지 계산해보자 여기서 외부압력은 1atm 이고 온도는 100℃임을 가정하자. 정상 끓는 점에서의 표면장력은 0.05885 로 두고 계산하면
P = 0.0177bar 이 된다.
물질
표면장력(mNm)
온도(C)
Platinum
1819
2000
Mercury
487
15
Water
71.97
58.85
25
100
Benzene
28.9
20
Acetone
23.7
20
n-Hexane
18.4
20
Neon
5.2
-247
표) 대기중에서 순수한 액체의 표면장력
3. 실험방법
본 실험에서는 표면장력을 측정하기 위하여, 링법에 기초를 둔 Du Nouy장력계를 사용하고자 한다. 이 장력계는 그림 7 a,b에서 보여주는 바와 같이 실험하고자 하는 액체에 잠긴 백금링을 가지고 있다. 이 링은 비틀림 철선을 돌리면 그 링이 액체로부터 끌어 올려지며, 이때 작용되는 힘은 장치를 검정하여 알수 있다. 이상적으로 만들어진 계에서, 액체 막을 깨는데만 소요되는 힘은 4R 과 같이 되며 여기서 R은 링의 평균반경이다. 그러나 아래식에서 원주 2R에 2배를 한 이유는 액체와 철선 사이에는 링의 내쪽과 외쪽에 각각 막이 형성되어 있기 때문이다.
이와같은 처리방법은 조건에 일반적으로 맞고 접촉각이 0인 액체와 조건에는 맞지 않지만 링에 얇은 실린더형 액체층이 형성되는 이상적인 상황에서 적용된다. 실제적으로 링에 부착되어 있는 액체의 형태는 액체 막을 깨는데 소요되는 힘에 영향을 주게된다.
그림 4에는 각기 다른 단계에서 표면장력을 측정할 때 비틀림 저울에 나타난 결과적인 힘 F를 제시 하였다. 표면장력의 량은 일정하지만, 액체 표면에 충격을 받는 지점과 방향은 측정하는 각단계마다 변한다.
결과적인 힘은 표면장력 백타의 방향이 수직이 될 때 [그림 4.(2)]최대가 된다. 그러므로 액체층의 높이 H에 대한 결과적인 힘 F는 그림 5에서와 같은 의존성을 나타낸다.
Fmax가 결정되면, 다음 방정식에 의해서 표면장력이 유도된다.
= Fmax/4R (18)
그러나 이렇게 얻어진 는 액체층의 형태와 백금선 자체의 반경 2r이 0이 아니기 때문에 이에 따른 보정계수 f를 곱해 주어야 한다.
그림4) 표면장력을 측정하는 각 단계에서 나타나는 결과적인 힘
그림 5) 결과적인 힘 대 액체 층의 높이
그러므로
cor = f (19)
Harkins와 Jordan은 액체층의 형태는 R/V 와 R/r의 함수임을 보여주었고, 여기서 V는 부착되어 있는 액체의 부피이고 r은 백금선의 반경이다. 그리고 체적 V는 다음 방정식에 의해서 측정된 표면장력 로부터 계산될 수 있다.
V = (20)
여기서 , = 접촉하고 있는 두상의 밀도이다.
링 방법에서의 보정계수는 Harkins 와 Jordan에 의해서극단적인 R/V 와 R/r에 대하여 실험적으로 결정되었으며, 그 값들은 0.75와 1.04사이에서 변하며, 일반적인 경우에는 f가 1에 근접한다.
KRUSS 장력계 K 8600에 대한 보정계수는 표1과 그림6로부터 얻을 수 있다. 만약 값이 25 mN/m보다 적다면, KRUSS 장력계에 대해서 다음과 같은 방정식이 사용된다.
f = 1.07(0.75 + (21)
방정식 (21)은 Harkins와 Jordan 표에 기초를 둔것이며 Zuidema와 Waters에서 처음으로 발표되었다.
표1. Harkins 와 Jordan에 의해서 여러 가지 다른 밀도에서 측정한 표면장력에 대한
보정계수, 링 규격: R = 9.545mm R/r = 51.6
4. 실험장치
KRUSS 장력계는 그림 6a 와 6b에서 보여준다. 비틀림 리본(13)이 잡아주는 두개의 척사이에 인장 되어 있으며, 윔 드라이브가 리본에 장력을 준다. 뒤편의 윔드라이브(1)는 버니어 눈금(4)에 간접적으로 복잡하게 연결된 전면 웜드라이브(3)을 조정하는데 쓰인다. 표면장력의 크기는 버니어 눈금상에 dyne/cm로 직접 나타난다.
장력측정은 영점방법에 의해서 실행된다. 즉 평행사변형 형태로 스프링이 달린 루비에 지지되도록 연결된 비틀림 저울은 장력선(13)에 메어져 있다. 백금링(15)은 수직으로 세워진 축의 밑 끝부분에 있는 비틀림 저울 슬리이브(6)에 핀 형태로 삽입하여 고정된다. 백금링은 액체의 계면이나 표면을 관통할 때 링의 전부분에 동일한 힘이 부과 되도록하기 위하여 완전히 평평하여야만 된다.
링을 아래 위로 움직이면 장력선의 장력이 변하게 된다. 이때 평행사변형 연동장치는 링을 항시 수평한 상태로 유지시켜 주므로써, 힘이 링 전체에 균일하게 분포될수 있도록 유지시킨다.
또한, 평행사변형 연동장치는 접지유리스크린(7)상에 조명된 점을 나타내는 광학계와 연결되어 있다. 따라서 영점위치로부터 평행사변형이 수직으로 이동되면, 액체의 높이를 올리거나 내림으로써 보정될수 있다.
측정하고자 하는 액체로 체워진 유리접시는, 수직 방향으로 조정할수 있는 항온조 용기안에 놓는다. 항온조 용기는 측정하고자 하는 온도를 일정하게 유지 할수 있도록 항온기와 연결되어 있다.
1. 영점 조정 스크류 7. 접지 유리 눈
2. 온도계 8. 조사 지침
3. 눈금 영점 조정 9. 항온조 용기 높이 조정기
4. 원형 눈금 10. 항온조
5. 수평 조절 나사 11. 미세 나사
6. 저울 슬리이브 12. 원형 기포 수준기
그림 6.a) KRUSS 장력계 K 8600
그림 6.b) 비틀림 저울의 개략도
13. 장력선
15. 백금 링 14. 고정장치
1,3,4,6,7,에 대해서는 그림 6a를 참조
5.실험준비과정
설치
장치가 설치되고 순환 항온조가 연결된 후에는 ,장력계의 링이 액체의 표면이나 계면과 동일한 평면상에 있도록 하여야 하므로, 조정나사(5)와 원형기포수준기(10)을 사용하여 장치를 평평하게 맞추어야 한다.
측정 준비
백금링을 나무 슬리이브로부터 꺼내서, 손상되지 않도록 밑 바탕이 부드러운 곳에 놓은 후 각 측정을 하기전에 링은 용매로 세척하고 분젠버너의 진한 붉은색 불

키워드

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