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다음 그림에서 모세관 현상으로 올라가는 액주의 높이 h를 계산하는 공식… | [가스기사 필기] 23년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[가스기사 필기] 23년 1회차
다음 그림에서 모세관 현상으로 올라가는 액주의 높이 h를 계산하는 공식은 어느 것인 가? (단, σ는 표면장력계수이고 비중량 r는 ρ·g이다.)
문제 이미지
1
h=σd4rcos⁡βh = \dfrac{\sigma d}{4r\cos\beta}
2
h=rd4σcos⁡βh = \dfrac{rd}{4\sigma\cos\beta}
3
h=4σcos⁡βrdh = \dfrac{4\sigma\cos\beta}{rd}
4
h=4rcos⁡βσdh = \dfrac{4r\cos\beta}{\sigma d}
해설

모세관 안에서는 관 둘레를 따라 작용하는 표면장력의 수직분력 σ πdcos⁡β\sigma\,\pi d\cos\beta와 상승한 액주의 무게 γπd24h\gamma\dfrac{\pi d^{2}}{4}h가 평형을 이룬다. 이를 hh에 대해 풀면 h=4σcos⁡βγdh=\dfrac{4\sigma\cos\beta}{\gamma d}(γ=ρg\gamma=\rho g는 비중량)가 된다.

상승 높이는 표면장력과 접촉각의 코사인에 비례하고 비중량과 관 지름에 반비례한다. 분자와 분모가 뒤집힌 식이나 표면장력과 비중량의 자리가 서로 바뀐 식은 이 평형 조건을 만족하지 않는다.

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