화공기초실험 | 고체의 표면 에너지 측정

TIP

 

 

접촉각 측정 방법 및 접촉각 측정에 영향을 주는 원인을 먼저 알아보고, 표면장력 및 판의 성질을 살펴본 뒤 접촉각 측정과 관련된 선행 연구를 고찰하고자 한다.

 

 

 

접촉각을 측정에 영향을 주는 변인

1) 온도 : 접촉각은 온도에 따라 변하므로 결과의 재현성을 보장하기 위해서 표준온도를 반드시 지켜야함

 

2) 시간 : 표면과 닿아있는 방울의 접촉각은 시간이 지남에 따라 액체의 증발 또는 액체 사이에 존재하는 힘의 변화에 의해서 변한다.

 

3) 액체방울의 부피 및 크기: 방울의 크기는 접촉각에 영향을 미치는 매우 중요한 변수로 방울의 지름이 증가하면 무거워지고 방울이 무거워지면 중력의 영향을 더 받게 되므로 접촉각은 감소한다. 그러므로 가능한 한 같은 부피, 같은 크기의 용액을 떨어뜨리는게 좋다.

 

4) 방울 환경 : 방울 주변 환경의 영향은 방울을 감싸고 있는 기체상과 고체 표면을 검증하려고 할 경우 매우 중요한 변수가 된다.

 

5) 표면 거칠기 : 표면이 거칠수록 표면적이 늘어나는 효과로 접촉각에 영향을 주므로 접촉각을 측정할 때 표면의 깨끗한 세척은 매우 중요하다.

 

6) 장비의 카메라 기울기정도 : 장비의 카메라 기울기도 접촉각의 변화를 유발한다.

 

7) 렌즈의 영향과 배경 광의 효과 : 렌즈는 그 특성상 빛의 굴절을 유발하므로 많은 대물 렌즈를 거쳐서 들어오는 영상은 그 자체가 일그러짐을 가지고 있을 수 있다. 특히 렌즈의 끝으 로 갈수록 더욱 심해지므로 측정 시 뒤쪽의 배경광의 강도가 매우 중요한데, 너무 강도가 세면 빛의 굴절을 유발하여 측정 오차를 증가시키고 너무 빛이 약하면 노이즈가 증가하여 측정을 불가능하게 한다.

 

8) 히스테리시스 : 동접촉각에서 전진각과 후진각의 차이를 말하며 이상적인 것과 비이상적 인 것의 편차를 알려주는 도구이다. 이상적인 완벽한 표면(균질하고 단상이 깨끗하고, 열역학적으로 안정한 표면)이 있다면 히스테리시스는 나타나지 않는다. 그러나 대부분 물질의 표면은 다 히스테리시스를 가진다. 같은 물체 에 있어서 히스테리시스는 정성적인 비교 데이터가 될 수 있고, 크게 나타난 히스테리시스가 줄어들었다면 표면의 거칠기가 줄어들었다든지 표면이 좀 더 균일해졌다는 의미 또는 그 반대로도 생각할 수 있다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 얇은 플라스틱 렌즈(플라스틱 시계 접시 또는 평판)의 가운데에 지름이 약 1mm 정도 되는 작은 구멍을 하나 뚫는다. (플라스틱 홈판을 사용하여 6개 의 홈에 구멍을 뚫고 처치하지 않는 구멍을 대조군으로 사용할 수도 있다.)

 

2) 과정 1)에서 뚫은 구멍의 표면 위에 몇 방울의 물을 떨어뜨린다. 구멍이 충분히 작다면 물의 표면 장력과 플라스틱 표면에서의 물의 큰 접촉 각 때문에 물은 흘러내려가지 않게 된다.

 

3) 이제 물을 제거하고 렌즈를 금속 표면 위에 올려놓은 다음 테슬라 코일을 사용하여 1-2분 정도 구멍에 스파크를 일으킨다. 단 이때 열이 발생되므로 플라스틱판이 녹지 않도록 주의한다.

 

4) 이제 물을 구멍 위에 및 방울 떨어뜨리면 아무런 방해 없이 물이 흘러 내려간다.

 

 

 

[화공기초실험]고체 표면에너지

 

 

[화공기초실험]고체의 표면 에너지 측정 레포트