[유체역학] 표면장력 - 정의, 이해

 
 
표면장력
여름 장마철이 되기 전에
자동차를 좋아하고 관리하는 사람들은 차동차 차체 표면 및 유리에 왁스 처리를 한다
한번 해본 이들도, 이 편리함을 알기에 가급적이면 장마철이 오기 전에 앞유리 왁스처리는 하곤 한다.
 
보통의 자동차 표면에 물방울을 떨어뜨리면
동그랗지 못하고 퍼지며 형태가 무너지지만
왁스 처리가 잘 되어, 자동차 표면 및 유리가 친수성이 떨어지면
물을 떨어뜨려도 동그란 모양을 형성하며, 조금만 기울어지거나 물방울이 커지면 그냥 또르륵 흘러 내리곤 한다
 
그렇기에 장마철에 왁스 처리가 되어 있는 차는, 와이퍼질을 덜 하게 되고
(실상 와이퍼질을 하면 유리에 씌어둔 왁스가 조금 벗겨진다곤 하기에 더더욱 안 하기도 하지만)
그냥 떨어지는 물방울들이, 자동차의 속도에 의한 바람으로 두르륵 굴러 가버려
전방이 아주 깔끔하게 유지된다.
 
보통은 장마철에, 와이퍼질을 미친듯이 해도 전방이 잘 보이지 않기도 한데
고속도로를 달리는 왁스처리된 차량은, 그냥 달리면 다 날라간다
 

왁스 x, 액체의 접촉각이 작음

왁스 o, 액체의 접촉각이 큼

 
 
액체 접촉각이 90도 보다 작아지면
액체가 표면을 적신다고 정의한다.
위에서 왁스처리를 안 해 물방울이 퍼지는 케이스.
 

접촉각에 영향을 주는 인자들 : 표면의 청결도, 표면의 공정 세밀정도, 액체의 순도 (액체의 물성에 영향)
+ 액체의 유형 ~ 액체와 경계를 공유하는 고체면(or 액체, 기체)의 유형 (친수 소수)
 

액체를 물이라 가정, hydrophillic (친수) hydrophobic (소수)

 
 
어떤 액체가 다른 액체나 기체 또는 고체 표면과 접촉할 때는
언제나 팽팽하게 당겨진 탄성막과 같은 작용을 하는 경계면이 형성되고 표면장력을 생성한다.
막의 2가지 특성
- 접촉각 세타 [degree]
- 표면장력의 크기 시그마 [N/m]
 

 
표면장력이란 : 다른 물체와 섞이지 않고, 최대한 같은 물질길이 당겨 붙는 성질로도 볼 수 있겠다.
 
모세관, 얇은 관에서 모세관 상승/하강 일으킴
관과 더 친하면 말려 올라가고
관 보다 유체끼리 더 친하면 말려 내려가고
이러하게 생성되는 곡면을 메니스커스라 한다.
 
 

 
메니스커스라는 곡면의 형성으로
우리는 눈금을 읽을 때,
아래로 오목하면 최하부를
위로 볼록하면 최상부를 읽어 부피를 측정한다.
 

 
 
계면활성제를 첨가하면
물의 표면장력이 40% 넘게 감소한다
그로 인해, 물이 물끼리 뭉치는 성질 보다, 세제 및 옷에 스며들기 쉬워지는 것이다.
표면장력의 크기 및 공식에 대해서는 추후