자연계열 1-i번

물질의 계 사이에 작용하는 힘을 계면장력 또는 표면장력이라 하며 (제시문 1-나) 그림에서와 같이 바닥에 존재하는 물방울의 경우 계면장력은 바닥과 기체사이의 계에 작용하는 힘 $\displaystyle a$와 물과 바닥사이에 작용하는 계에 작용하는 힘 $\displaystyle b$와 물과 기체사이의 계에 작용하는 $\displaystyle c$의 힘으로 표현할 수 있다 [그림1]. 제시문(1-라)에서와 같은 실험을 할 경우 실험물질이 친수성 또는 친유성 여부에 따라 형성된 물방울의 모양이 달라지나 각 모양은 위에서 언급한 계면 장력이 균형을 이루고 있는 상태이다. 따라서 이러한 힘의 균형을 수식으로 표현하면 $\displaystyle a=b+c\cos\theta$로 주어진다. 따라서 $\displaystyle a$와 $\displaystyle b$힘의 상대적 크기는 접촉각의 크기에 따라 달라진다.

친수성인 물질과의 물의 접촉각은 [그림 1]의 좌측그림과 같이 표기된다.

(물의 접촉각($\displaystyle \theta$) $\displaystyle <90^\circ$). 물의 접촉각이 $\displaystyle 90^\circ$ 이하에서는 $\displaystyle c\cos\theta$의 값이 양수이다.Correction. $\displaystyle \theta=90^\circ$이면 $\displaystyle c\cos\theta=0$이므로 $\displaystyle a=b$이다. $\displaystyle c\cos\theta>0$과 $\displaystyle a>b$라는 결론은 $\displaystyle \theta<90^\circ$인 경우에 성립한다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

따라서 $\displaystyle a>b$ 관계가 성립한다.

친유성인 물질과의 물의 접촉각은 [그림 1]의 우측그림과 같이 표기된다.

(물의 접촉각($\displaystyle \theta$) $\displaystyle >90^\circ$).

이 때 힘의 균형을 생각해 본다면

$\displaystyle a-c\cos\theta=b$, 또는 $\displaystyle a+c\cos(180-\theta)=b$이 성립한다.

따라서 $\displaystyle a<b$ 관계가 성립한다.