Transcript 표면장력측정
표면 장력 측정 1.실 험 목 적 Jolly용수철 저울에 대한 분동과 늘어난 길이와의 관계를 조사하고 액체의 표면 장력을 측정한다. 2.실 험 이 론 표면 장력 측정(Jolly의 용수철 저울) 표면장력이란? 액체의 표면이 스스로 수축하여 가능한 한 작은 면적을 취하려는 힘. 액체의 표면을 이루는 분자층에 의하여 생기는 힘. 표면장력이 생기는 이유 표면장력이 생기는 것은 액체의 분자간 인력의 균형이 액면 부근에서 깨지고, 액면 부근의 분자가 액체 속의 분자보다 위치에너지가 크고, 이 때문에 액체가 전체로서 표면적에 비례한 에너지(표면 에너지)를 가지기 때문이며, 이것을 될 수 있는 대로 작게 하려고 하는 작용이 표면장력으로 나타난다 내경 및 외경이 각각 2r1 , 2r2 인 원통형 테를 그림 1과 같이 액체 표면에 접촉시키고, 액체표면을 원통형 테에 차차 가까이 하여 그것이 완전히 잠기면 서서히 액체 표면이 아래로 내려오게 하여 원통형 테와 액체표면이 떨어지려고 할 때 멈춘다. 그림1 그때의 액체의 높이 h 와 용수철의 탄성력 mg를 측정하여 표면장력 T 를 측정한다. 그림 1에서 원통형 테를 아래쪽으로 끄는 총 장력과 액주의 무게의 합은 용수철의 탄성력 mg와 같다. 즉, F3 F2 F1 힘의평형 ( F1 용수철의탄성력, F2 물기둥의무게, F3 표면장력) 2 (r1 r2 )T (r1 r2 )hg mg 2 2 (1) (2r1 : 원의내경, 2r2 : 원의외경, T : 표면장력 h :액체기둥의높이, : 물의밀도, g : 중력가속도) (1)식에 의하여 표면장력은 T mg (r1 r2 ) hg 2 (r1 r2 ) 2 로 나타낼 수 있다 (2) 단위 : dyne / cm 위 식에서 m 은 용수철이 금속고리에 의해 늘어난 길이와 용수철 저울의 감도를 곱한 값과 같으므로 m l 용수철 저울의 감도 로 나타낼 수 있다. 용수철 저울의 감도 1 g 의 연장에 해당되는 분동 즉, 용수철을 1cm늘이는데 필요한 질량을 말한다. 예> 1.0 g 에 대한 용수철의 연장 1.0 g 0 g 5.88cm 1.5 g 0.5 g 5.86cm 2.0 g 1.0 g 5.90cm 평균 5.880cm 1.0 g 0.1701 용수철 저울의 감도 = 5.88 cm Screw Micrometer 측정방법 기준자의 0보다 위의 눈금 읽는법 1 이때는 Screw자의 아래숫자를 1 읽어준다. 3.76mm 0 50 0 0 기준자의 0보다 아래의 눈금 읽는법 아래로 1 0 이때는 Screw자의 윗 숫자를 읽어준다. 위로 6.24mm 1 3.실 험 장 치 ◆ Jolly의 스프링 장치 ◆ 시료접시 ◆ 비커, 분동세트 ◆ 증류수, 표면장력용 금속고리 ◆ 온도계 큰고리 R1 1.255cm, R2 1.213cm 작은고리 R1 0.940cm, R2 0.915cm 4.실 험 방 법 (1) 용수철의 감도측정 1. Jolly의 스프링장치에 걸린 용수철과 Jolly의 스프링장치가 평행을 이루면서 연직이 되도록 수평 조절 나사를 조절한 다음 용수철 끝에 저울 접시와 금속 고리를 순서대로 메단다. 2. 저울접시에 분동을 0-3.0 g 까지 0.5 g 씩 증가 시키면서 용수철의 끝점의 위치, 지표(거울 막대자 읽는 법 참고)를 읽는다. (이때, 분동을 올리지 않은 상태의 지표를 x0 로 한다.) 3. 반대로 분동을 3.0 g 에서 0 g 까지 0.5 g 씩 감소 시키면서 지표의 위치를 읽는다. 4. 1.0 g 에 대한 용수철의 연장의 평균을 구하고, 용수철 저울의 감도를 구한다. (2) 표면장력 측정 1. 용수철 감도 측정 후 다시 시료를 매단 상태로 거울직선자의 눈금을 읽고, 그때의 지표를 l0 로 둔다. 2. 비커에 시료 액체(물)을 넣어 받침대 위에 올려 놓고 받침대를 위로 올려서 원통이 액체에 살짝 닿도록 받침대 밑의 screw micrometer를 돌려 받침대를 서서히 내린다. (이때 screw micrometer가 나타내는 값을 h0 로 둔다.) 3. 실험값의 온도보정을 위한 비커에 담긴 물의 온도를 측정한다. 4. 원통이 액면으로부터 막 떨어져 위로 튀려는 순간 용수철의 지표점( l1 )을 읽고 표면 장력이 용수철에 작용한 힘을 구하고 액주의 높이 h1 도 구한다. 5. 위와 같은 방법으로 각 시료 별 실험을 10회 반복하여 평균을 낸다. 6. 위의 결과로부터 액체의 밀도 식에 대입하여 표면장력 오차를 낸다. T 를 구하고 백분율