2.5.1 표면 장력 :

2주차 : 물의 기본성질(2)

수공학 연구실

2.5 표면 장력과 모세관 현상

2.5.1 표면 장력 :

◈ ⇒: 단위 길이당의 힘

: 서로 혼합될 수 없는 유체의 경계면에서 분자 인력의 불균형으로 인해 발생하는 힘

⇒ 액체 표면적을 최소화 시키려고 하는 힘

◈ 자유 표면 에너지

: 분자 인력의 불균형을 극복하고 분자를 표면까지 이동시키는데 필요한 에너지

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2.5 표면 장력과 모세관 현상

◈ 표면 장력의 차원

A : 본래의 면적

B : 최소화된 면적

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2.5 표면 장력과 모세관 현상

그림 2.5 표면장력과 곡면 내외부의 압력차의 관계

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2.5 표면 장력과 모세관 현상

※ 곡면 내외부의 압력차에 의한 힘 = 표면장력에 의한 힘의 수직성분 위의 관계를 수식으로 표현하면

여기서, , 는 각각 곡면 내부 및 외부의 압력 그런데 는 극히 작은 값 이므로

양변에 공통인 면적요소 로 나누고 정리하면

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◈ 구형인 경우( )

그림 2.6 구형곡면에서의 표면장력

p 초과압력=

d

 : 표면장력 (dyne/cm)

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◈ 물방울과 같은 구의 경우에는 그림과 같은 자유 물체도를 설정

◈ 압력에 의한 수평방향 힘(수평방향으로 투영한 면적 x 압력차) = 표면 장력에 의한 힘

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2.5.3 모세관 현상 (Capillary action)

◈ 응집력(cohesion) : 동일 분자끼리의 인력

◈ 부착력(adhesion) : 다른 분자끼리의 인력

◈ 접촉각 :

- 응집력 보다 부착력이 큰 경우 : 물 - 응집력이 부착력보다 큰 경우 : 수은

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1) 원형관인 경우

h에 해당하는 수주의 중량 표면장력에 의한 힘의 수직성분

W

h

d







( : 단위중량)

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2) 평판인 경우

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2.6 물의 압축성과 탄성

◈ 고체의 탄성

• 응력과 변형율과의 관계식

◈ 유체의 경우

• 유체의 탄성은 p(압력)을 가하면 줄어들었다 늘어나는 개념

dx

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2.6 물의 압축성과 탄성

◈ 압축성

압력이 p에서 dp증가함에 따라 부피가 V에서 dV만큼 감소한다고 하자

체적 변형률 =

◈

◈

dV V

V ( dV )

 V

 

 







 













 



 



 









 d

dp d

dp d

dp

m d V

dp m

V V

d V dp

K 1

1

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2.7 물의 증기압

◈ 증발현상(evaporation)

- 물 분자가 대기중으로 튀어나오는 현상

◈ 증기압(vapor pressure)

- 액체 표면으로부터 이탈한 수증기가 액체표면에 가하는 압력

◈ 포화 증기압 = 국부 대기압 ⇒ 끓는다

이때의 온도는 비등점(boiling temperature)

• 정압비열 : 압력이 일정

• 정적비열 : 체적이 일정할 때

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