국내최초 접촉각측정기 제조회사
(주)에스이오 접촉각측정기,
표면장력측정기, 열전도도계
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안녕하세요, 국내최초 접촉각측정기
(Contact angle meter) 제조업체,
(주)에스이오 입니다.
(주)에스이오에서는 접촉각측정기 외에도
표면장력계 등의 표면화학 분석기기들을
개발, 판매하고 있는데요.
오늘은 (주)에스이오의 접촉각측정기나
표면장력측정기 정보가 아닌,
표면장력(표면에너지)에 대해
공부하시는 분들에게 도움이 될만한
표면장력(표면에너지) 기초이론에
대해서 간단히 설명드리려고 합니다.
그럼 바로 시작해볼까요? ^^
표면장력(=표면에너지)
풀 잎에 달린 이슬은 왜 구형으로 맺히며,
소금쟁이는 어떻게
물 위를 걸어 다닐 수 있을까요?
왜 물줄기는 떨어지면서
물방울 형태로 바뀌어서 떨어질까요?
어떻게 물보다 밀도가 높은 물체가
고요한 연못 표면 위에 뜰 수 있을까요?
이와 같은 모든 현상을
표면장력(표면에너지)이라는
용어로 설명할 수 있습니다.
또한, 표면장력은 무중력 상태에서
물방울이 더 완벽한 구형으로
존재할 수 있는 이유까지 설명해줍니다.
표면장력(표면에너지)란?
표면 장력에 대해 살펴보기 전에,
먼저 응집력과 부착력에
대해서 살펴보겠습니다.
화학 및 물리학에서 "응집력"이란
동일한 유형의 분자들 사이의 인력을 말하며,
대조적으로, "부착력"은
다른 유형의 분자들 사이의 인력을 말합니다.
위의 그림에서와 같이 액체 방울 내의
분자에 대한 응집력은 액체의 표면과
내부에서 서로 다른 양상으로 작용합니다.
내부에 있는 모든 분자들은
인접한 모든 분자들과의 응집력에 의해
모든 입체적 방향으로
동등하게 당겨지는데 반해,
표면에 있는 분자들은
표면 바깥쪽으로는 응집력이 없기 때문에
내부 방향으로만 인력이 작용하지요.
결과적으로, 표면의 분자들 사이의
인력이 더 강하게 작용하게 되며,
따라서 액체 표면이
얇은 탄성 시트처럼 작용하게 됩니다.
이 현상을 "표면장력"이라고 합니다.
자유 에너지 측면에서 설명하면
외부 분자의 에너지 상태가
내부 분자의 에너지 상태보다 높기 때문에
이 표면 자유 에너지 크기를 낮추기
위해서 액체 방울은 최소 표면적을
유지하려고 하는데요.
이로 인해서 표면 장력이라고
불리는 강한 인력이 작용하게 되는 것입니다.
표면장력을 물리학적으로
표현하면 위과 같습니다.
위의 그림에서 폭이 L인 어떤 액체 필름을
펼치는데 필요한 힘,
F는 표면장력, γ에 비례하지요.
F = γ L (γ는 상수)
이것을 다시 쓰면
γ = F/L (힘/단위 길이)
이고, 단위는 mN/m
또는 dyne/cm입니다.
표면에너지를 물리학적으로
표현하면 다음과 같습니다.
앞의 그림에서 폭이 L이고
너비가x인 어떤 액체 필름을
dx만큼 펼치는데 필요한 일,
dW는 다음과 같습니다.
dW = dG = γ L dx = γ dA
이것으로부터
γ = dG/dA (자유 에너지 / 단위 면적)
이고, 단위는
mN/m 또는 dyne/cm 입니다.
이상으로부터 표면장력과 표면에너지는
단위가 같은 것을 알 수 있으며,
즉, 상호간에 물리적인 의미가
같기 때문에 상호간에
같이 사용될 수 있는 용어입니다.
그리고, 한가지 더 알아야 될 것은
표면장력(표면에너지)은 액체가
기체와 접촉하는 경우에만 사용되며,
서로 섞이지 않는 액체와 액체 또는
액체와 고체가 접촉되는 경우에는
계면장력(계면에너지)이라고 합니다.
여기까지 표면장력(표면에너지)에
대해서 알아보았습니다.
접촉각, 표면장력 등에 대해
더욱 궁금하신 점이 있으시거나,
(주)에스이오의 접촉각측정기,
표면장력측정기 등에 대한 정보가 궁금하시다면
언제든 온라인,전화 문의 부탁드리겠습니다.
그럼 다음에 더욱 유용한 정보로
돌아오도록 하겠습니다.
감사합니다! :)
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