표면 장력 측정 방법

콘텐츠

단계
방법 1/3: 로커암 사용
방법 2/3: 모세관 효과
방법 3/3: 동전을 사용하여 상대 표면 장력을 결정하는 방법
뭐가 필요하세요

표면 장력은 중력에 저항하는 유체의 능력을 나타냅니다. 예를 들어, 탁자 위의 물은 물 분자가 서로 끌어당겨 중력에 반작용하면서 물방울을 형성합니다. 곤충과 같은 무거운 물체가 물 표면에 붙을 수 있는 것은 표면 장력 때문입니다. 표면 장력은 힘(N)을 단위 길이(m) 또는 단위 면적당 에너지로 나눈 값으로 측정됩니다. 물 분자가 상호 작용하는 힘(응집력)은 장력을 생성하여 물(또는 기타 액체) 방울을 생성합니다. 표면 장력은 거의 모든 가정에서 볼 수 있는 몇 가지 간단한 항목과 계산기로 측정할 수 있습니다.

단계

방법 1/3: 로커암 사용

1 표면 장력에 대한 방정식을 작성하십시오. 이 실험에서 표면장력을 구하는 공식은 다음과 같다. F = 2일, 어디 NS - 힘(뉴턴)(N), NS - 미터당 뉴턴 단위의 표면 장력(N/m), NS 는 실험에 사용된 바늘의 길이입니다. 이 방정식에서 표면 장력을 표현해 보겠습니다. S = F / 2d.
- 힘은 실험이 끝날 때 계산됩니다.
- 실험을 시작하기 전에 자를 사용하여 바늘의 길이를 미터 단위로 측정합니다.
2 작은 로커 암을 만드십시오. 이 실험은 로커암과 물 표면에 떠 있는 작은 바늘을 사용하여 표면 장력을 결정합니다.결과의 정확성이 그것에 달려 있기 때문에 로커 암의 구성을 신중하게 고려할 필요가 있습니다. 다양한 재료를 사용할 수 있습니다. 가장 중요한 것은 나무, 플라스틱 또는 두꺼운 판지와 같은 단단한 것으로 수평 막대를 만드는 것입니다.
- 가로대로 사용할 막대(예: 빨대 또는 플라스틱 자)의 중심을 결정하고 이 위치에 구멍을 뚫거나 구멍을 뚫습니다. 이것은 크로스바의 받침점이 되어 자유롭게 회전합니다. 플라스틱 빨대를 사용하는 경우 핀이나 못으로 뚫기만 하면 됩니다.
- 가로보의 끝 부분에 구멍을 뚫거나 구멍을 뚫어 중심에서 균등한 간격을 유지합니다. 웨이트 컵과 바늘을 걸기 위해 구멍에 실을 통과시킵니다.
- 필요한 경우 책이나 기타 단단한 물체로 빔을 지지하여 빔을 수평으로 유지하십시오. 크로스바가 가운데에 박힌 못이나 막대를 중심으로 자유롭게 회전해야 합니다.
3 알루미늄 호일 조각을 상자나 접시 모양으로 감습니다. 이 접시가 규칙적인 정사각형 또는 둥근 모양을 가질 필요는 전혀 없습니다. 물이나 다른 무게로 채울 것이므로 무게를 지탱할 수 있는지 확인하십시오.
- 바의 한쪽 끝에 은박지 상자나 접시를 걸어두세요. 접시의 가장자리를 따라 작은 구멍을 만들고 구멍을 통해 접시가 막대에 걸리도록 합니다.
4 막대의 다른 쪽 끝에서 바늘이나 클립을 수평이 되도록 걸어둡니다. 막대의 다른 쪽 끝에 매달려 있는 실에 바늘이나 클립을 수평으로 묶습니다. 실험이 성공하려면 바늘이나 종이 클립을 정확히 수평으로 배치해야 합니다.
5 알루미늄 호일 용기의 균형을 맞추기 위해 플라스틱과 같은 막대 위에 무언가를 놓습니다. 실험을 시작하기 전에 크로스바가 수평으로 위치하는지 확인해야 합니다. 호일 접시는 바늘보다 무거워서 접시 옆의 막대가 아래로 떨어집니다. 바의 반대쪽에 충분한 플라스티신을 부착하여 수평이 되도록 합니다.
- 이것을 밸런싱이라고 합니다.
6 매달린 바늘이나 클립을 물통에 넣습니다. 이 단계에서는 바늘을 물 표면에 위치시키기 위한 추가 노력이 필요합니다. 바늘이 물에 가라앉지 않도록 합니다. 용기에 물(또는 표면 장력을 알 수 없는 다른 액체)을 채우고 바늘이 액체 표면에 직접 오도록 매달린 바늘 아래에 놓습니다.
- 바늘을 고정하는 로프가 제자리에 있고 충분히 조여져 있는지 확인하십시오.
7 작은 눈금으로 몇 개의 핀 또는 측정된 소량의 물 방울의 무게를 잰다. 로커의 알루미늄 접시에 핀 하나 또는 물 한 방울을 추가합니다. 이 경우 바늘이 수면에서 떨어질 정확한 무게를 알아야 합니다.
- 핀이나 물방울의 수를 세고 무게를 잰다.
- 핀 하나 또는 물 한 방울의 무게를 측정합니다. 이렇게 하려면 총 무게를 핀 또는 드롭 수로 나눕니다.
- 30개 핀의 무게가 15g이고 15/30 = 0.5, 즉 핀 1개의 무게가 0.5g이라고 가정합니다.
8 바늘이 물 표면에서 떨어질 때까지 알루미늄 호일 접시에 핀이나 물방울을 한 번에 하나씩 추가하십시오. 한 핀 또는 한 방울의 물을 점차적으로 추가하십시오. 다음 무게 증가 후 바늘이 물에서 떨어지는 순간을 놓치지 않도록 바늘을주의 깊게 관찰하십시오. 바늘이 액체 표면에서 떨어지면 핀이나 물방울 추가를 중지합니다.
- 막대 반대쪽 끝에 있는 바늘이 수면에서 떨어지게 한 핀이나 물방울의 수를 세십시오.
- 결과를 기록하십시오.
- 더 정확한 결과를 얻으려면 실험을 여러 번(5~6회) 반복하십시오.
- 얻은 결과의 평균을 계산하십시오. 이렇게 하려면 모든 실험에서 핀 또는 드롭 수를 추가하고 총계를 실험 수로 나눕니다.
9 핀 수를 강도로 변환합니다. 이렇게하려면 그램 수에 0.00981 N / g를 곱하십시오. 표면 장력을 계산하려면 바늘을 수면에서 들어 올리는 데 필요한 힘을 알아야 합니다. 힘을 결정하기 위해 이전 단계에서 핀의 무게를 세었으므로 해당 무게에 0.00981N/g를 곱하면 됩니다.
- 접시에 있는 핀의 수에 핀 하나의 무게를 곱하십시오. 예를 들어, 각각 무게가 0.5g인 핀 5개를 넣으면 총 무게는 0.5g/핀 = 5 x 0.5 = 2.5g입니다.
- 그램 수에 0.00981N/g의 인수를 곱합니다. 2.5 x 0.00981 = 0.025N입니다.
10 이 값을 방정식에 대입하고 원하는 값을 찾으십시오. 실험 중 얻은 결과는 표면 장력을 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 찾은 값을 연결하고 결과를 계산하기만 하면 됩니다.
- 위의 예에서 바늘의 길이가 0.025미터라고 가정해 보겠습니다. 값을 방정식에 대입하면 다음을 얻습니다. S = F / 2d = 0.025 N / (2 x 0.025) = 0.05 N / m. 따라서 액체의 표면 장력은 0.05N/m입니다.

방법 2/3: 모세관 효과

1 모세관 효과에 대해 알아보십시오. 모세관 현상을 이해하려면 먼저 접착력과 응집력에 익숙해져야 합니다. 접착은 액체가 유리와 같은 단단한 표면에 달라붙게 합니다. 응집력으로 인해 액체의 분자는 서로 끌어당기고 접착력과 응집력의 결합 작용으로 인해 액체가 얇은 튜브에서 상승합니다.
- 관 속 액체의 상승 높이로부터 이 액체의 표면 장력을 계산할 수 있습니다.
- 응집력은 표면에 기포와 물방울을 형성합니다. 액체가 공기와 접촉하면 액체 분자가 서로 끌어당겨 기포가 형성됩니다.
- 접착은 액체가 유리 벽과 접촉하는 지점에서 눈에 띄는 메니스커스의 형성으로 이어집니다. 메니스커스의 오목한 모양은 육안으로 볼 수 있습니다.
- 모세관 효과의 예는 물 한 컵에 담긴 빨대에서 액체가 상승하는 것입니다.
2 표면 장력을 결정하는 방정식을 작성하십시오. 표면 장력은 다음과 같이 계산됩니다. S = (ρhga / 2), 어디 NS - 표면 장력, ρ - 조사된 액체의 밀도, NS - 튜브의 액체 상승 높이, G - 액체에 작용하는 중력으로 인한 중력 가속도(9.8m/s), NS 모세관의 반경입니다.
- 데이터를 이 방정식에 대입할 때 미터법 단위로 표현해야 합니다. 밀도(kg/m), 높이와 반경(미터), 중력 가속도(m/s).
- 액체의 밀도가 미리 주어지지 않은 경우 핸드북에서 찾거나 밀도 = 질량/부피 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
- 표면 장력은 미터당 뉴턴(N/m)으로 측정됩니다. 뉴턴은 1kg * m / s와 같습니다. 측정 단위를 독립적으로 결정하려면 S = kg / m * m * m / s * m과 같이 숫자 값 없이 방정식으로만 대체합니다.분자와 분모에서 2미터를 줄이면 다음을 얻습니다. 1kg * m / s / m, 즉 1N / m.
3 표면 장력을 알 수 없는 액체를 용기에 붓습니다. 얕은 접시나 그릇을 가지고 바닥을 2~3센티미터 덮도록 액체를 붓습니다. 액체의 양은 중요하지 않습니다. 가장 중요한 것은 모세관에서 액체가 얼마나 올라갈 것인지 명확하게 볼 수 있다는 것입니다.
- 다른 액체로 실험하려는 경우 다른 액체를 붓기 전에 접시를 완전히 청소하고 말리거나 매번 다른 용기를 사용하십시오.
4 깨끗하고 얇은 튜브를 액체에 담그십시오. 이 튜브의 유체 상승 높이에서 표면 장력을 결정합니다.액체가 접시의 높이보다 얼마나 높이 올라갈지 명확하게 볼 수 있도록 튜브를 깨끗하게 유지하십시오. 또한 튜브의 반경은 일정해야 합니다.
- 반지름을 측정하려면 튜브 상단에 자를 놓고 지름을 결정하기만 하면 됩니다. 그런 다음 지름을 2로 나누면 반지름을 찾을 수 있습니다.
5 액체가 접시의 높이보다 높아진 높이를 측정합니다. 눈금자의 가장자리를 트레이의 액체 표면으로 이동하고 액체가 튜브에서 얼마나 높이 올라갔는지 확인합니다. 표면 장력의 양력이 중력의 당기는 힘을 초과하기 때문에 튜브의 물이 상승합니다.
6 이 값을 방정식에 대입하고 계산을 수행하십시오. 필요한 모든 값을 결정한 후 방정식에 대입하고 표면 장력을 찾으십시오. 올바른 결과를 얻으려면 모든 값을 미터법 단위로 변환해야 합니다.
- 물의 표면 장력을 측정한다고 가정합니다. 물의 밀도는 약 1kg/m3입니다(이 예에서는 대략적인 값을 사용함). 중력 가속도는 9.8m/s입니다. 관의 반지름을 0.029m로 하고 물의 높이가 0.5m까지 올랐을 때 물의 표면장력은 얼마인가?
- 얻은 값을 방정식에 대입하고 다음을 얻습니다. S = (ρhga / 2) = (1 x 9.8 x 0.029 x 0.5) / 2 = 0.1421 / 2 = 0.071 J / m.

방법 3/3: 동전을 사용하여 상대 표면 장력을 결정하는 방법

1 필요한 모든 것을 수집하십시오. 이 실험을 위해서는 스포이드, 마른 동전, 물, 작은 그릇, 식기 세척액, 식물성 기름, 수건이 필요합니다. 이 모든 것은 집에서 찾거나 지역 상점에서 구입할 수 있습니다. 주방 세제와 식물성 기름 없이도 할 수 있지만 비교를 위해 몇 가지 다른 액체가 필요합니다.
- 실험을 시작하기 전에 동전이 깨끗하고 건조한지 확인하십시오. 젖은 동전을 사용하면 부정확한 결과를 얻을 수 있습니다.
- 이 실험에서는 표면 장력을 계산할 수 없으며 서로 다른 액체의 표면 장력을 비교하는 데만 사용할 수 있습니다.
2 동전 표면에 한 번에 한 방울의 액체를 떨어 뜨립니다. 젖어도 안전한 수건이나 다른 표면에 동전을 놓으십시오. 첫 번째 액체를 피펫에 넣은 다음 동전에 한 방울을 천천히 떨어뜨립니다. 이렇게 할 때 방울을 세십시오. 액체가 동전 밖으로 유출될 때까지 계속합니다.
- 액체가 동전 밖으로 쏟아지는 데 몇 방울이 걸렸는지 기록하십시오.
3 다른 유체로 이 절차를 반복합니다. 액체를 교체할 때마다 동전을 청소하고 말리십시오. 또한 동전을 올려 놓은 표면을 말리십시오. 새로운 실험 전에 다른 피펫을 사용하거나 피펫을 청소하십시오.
- 물에 주방 세제를 넣고 동전에 물을 떨어뜨리고 표면 장력이 변하는지 확인하십시오.
4 다른 액체가 동전을 채우는 데 필요한 방울의 수를 비교하십시오. 동일한 액체로 여러 번 실험을 반복하여 결과가 정확한지 확인하십시오. 평균 결과: 다른 실험의 방울 수를 더하고 총계를 실험 수로 나눕니다. 다른 액체가 동전을 채우는 데 몇 방울이 걸렸는지 기록하십시오.
- 동전을 채우는 데 주어진 액체 방울이 더 많이 필요할수록 이 액체의 표면 장력이 높아집니다.
- 주방용 세제는 물의 표면 장력을 낮춥니다. 추가하면 동전을 채우는 데 더 적은 방울이 필요합니다.