링의 표면장력

액체의 표면장력

표면장력(σ)이란 액체의 표면이 스스로 수축하여 되도록 작은 면적을 취하려 하는 힘의 성질을 말하며 액체와 접촉하는 공기 사이의 특성이다.

액체 안에 있는 분자는 주위에 존재하는 분자로부터 인력을 받는다. 하지만 액체의 표면에 있는 분자는 한쪽에 인접한 분자에게만 인력을 받는다. 결과적으로, 표면의 분자는 표면에 수직인 알짜 힘을 받게 되며 더 많은 분자를 표면적을 증가시키기 위해서는 에너지의 공급이 필요합니다.

Fig1. 액체 내부의 분자와 액체 표면의 분자	Fig2. 링의 표면장력 실험

표면 장력(σ)은 일정한 온도에서 추가된 에너지(∆E)에 따른 표면적의 변화(∆A)의 증가로 나눈 값으로 정의할 수 있다.

반지름이 R인 링이 액체에서 천천히 빠져나올 경우 액체 면이 바닥 가장자리에서 위쪽으로 쏠리는 현상을 확인할 수 있다. 링을 ∆x만큼 들어올리면 링의 외부와 내부에 있는 액면의 총 표면적(A)은 다음과 같이 증가합니다.

링을 들어올리는 동안 가해지는 힘이 F_0을 초과하면 액면은 분리된다.