모세관 현상에 대한 이야기

1. 들어가며

오늘은 모세관 현상에 대해 이야기해보려 한다.

최근 ip등급 중 방수등급에 대한 고민이 많다. 각 등급의 시험조건을 설계하기 전에 미리 계산해서 대응할 수 있으면 얼마나 좋을까 하는 생각을 하게되었고 관련된 현상이나 공학 공식을 찾기 시작했다.

그래서 오늘은 모세관 현상에 대해 조금 찾아봤고, 아주 전문적이지도 않고 부족하지만 관련 내용을 공유해보고자 한다.

일단 모세관 현상의 정의는 이 링크를 참고하자.

모세관 현상은 표면장력과 응집력과 모세관의 부착력에 따라 다른 형태로 나타난다.

유체의 응집력이 모세관의 부착력보다 작으면 유체는 올라가게 되고, 유체의 응집력이 모세관의 부착력보다 크면 유체는 아래로 내려가게 된다.

오늘은 유체의 응집력이 모세관의 부착력보다 작은 상태일때의 예시를 들고 관련 공식을 유도하는 과정을 이야기해보고자 한다.

이때, 모세관에 작용하는 유체의 힘(표면장력)이 중력과 같은 상태이다.

이때 실제 모세관현상의 모습은 아래 그림과 같이 유체가 렌즈처럼 오목한 상태이다.

유체 표면의 한곳에서의 표면장력을

표면 장력은 모세관을 따라 원의 모양으로 작용하고 있다.

이때 표면장력의 수직 방향의 표면장력은

표면 장력에 둘레를 곱하면 수직 방향의 표면장력

표면장력과 중력이 서로 힘의 평형을 이루고 있기 때문에

이때 높이 h만큼의 유체의 질량은 m, 중력가속도 g라 할때

이렇게 해서 각 유체의 표면장력에 따른 모세관을 타고 올라가는 높이를 구할 수 있다.

오늘 공부한 내용을 바로 적용하기에는 아직 나의 부족함이 많이 느껴졌다.

흠.. 내가 설계한 제품의 틈을 모세관의 직경으로 환산해서 계산을 할 수 있을까?

유체의 표면장력은 인터넷에 찾으면 나올 것 같다. 접촉각은 나오려나..

아무튼 이번에 공부한 것을 적용할 수 있도록 더 공부를 해야겠다.