찻주전자 효과와 젖음성의 핵심 내용은?

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찻주전자 효과와 젖음성 분석·해설·문제 | 2027 수능특강 주제 통합

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독서 주제통합 03 | 찻주전자 효과와 젖음성 적용 학습 · 주제 통합 주제통합 03 티팟 효과 융합 — 과학(물리) + 과학(화학) | 설명형 지문읽기 구조분석 문제풀기 연계포인트 지문 분야: 융합(과학+과학) | 주제: 찻주전자 효과의 원리와 젖음성 | 유형: 설명형 (가) 1 생수병이나 찻주전자의 내용물을 따를 때 내용물이 용기의 바깥 면을 타고 흘러서 당황한 적이 있을 것이다. 왈칵 따를 때에는 잘 쏟아지던 액체가 쏟는 속력이 줄면 바깥 면을 타고 흘러내리는데 이런 현상을 ‘ 찻주전자 효과 찻주전자 효과(teapot effect): 액체를 따를 때 유속이 낮아지면 액체가 주둥이 바깥 면을 타고 흘러내리는 현상. 드리블링(dribbling)이라고도 한다. ’ 또는 ‘ 드리블링 드리블링(dribbling): 액체가 용기의 주둥이 바깥 면을 타고 흘러내리는 현상. 찻주전자 효과의 다른 이름. ’이라고 부른다. 2 찻주전자 효과에 대한 체계적 일정한 원리나 체제에 따라 짜임새 있게 이루어진 것. 여기서는 실험을 정리된 방법으로 진행했다는 뜻이다. 인 연구가 2010년에 뒤에즈 연구 팀에 의해 이루어졌다. 이들은 이 현상을 일으키는 원인으로 병이나 주전자의 주둥이의 젖음성 젖음성(wettability): 고체 표면에서 액체가 잘 퍼지는 정도. 젖음성이 클수록 액체는 고체 표면에서 얇게 퍼진다. 에 주목하였고, 이 현상은 점성 점성(粘性, viscosity): 액체의 끈끈한 정도. 점성이 클수록 액체는 잘 흐르지 않는다. 과 무관하다는 것을 Ⓐ 밝혔다 밝히다: 여기서는 ‘진리, 가치, 옳고 그름 따위를 판단하여 드러내 알리다.’의 뜻으로 쓰임. . 젖음성은 고체 표면에서 액체가 잘 퍼지는 정도를 나타내는 것으로 젖음성이 클수록 액체는 고체 표면에서 얇게 퍼질 수 있다. 물에 대한 젖음성이 큰 정도는 친수성 친수성(親水性, hydrophilic): 물에 대한 젖음성이 큰 성질. 물과 친화력이 높아 물이 잘 퍼지는 표면의 특성. , 작은 정도는 소수성 소수성(疏水性, hydrophobic): 물에 대한 젖음성이 작은 성질. 물을 밀어내어 물방울이 둥글게 맺히는 표면의 특성. 이라고 표현한다. 뒤에즈 연구 팀은 유속 액체가 흐르는 빠르기. 단위 시간에 일정 단면을 지나가는 액체의 속력을 뜻한다. , 주둥이의 젖음성, 주둥이 가장자리의 곡률 곡률(曲率, curvature): 곡선이나 곡면이 휘어진 정도. 곡률 반경에 반비례한다. , 액체의 점성에 따라 이탈 각 이탈 각: 주둥이에서 이탈하는 액체가 연직선과 이루는 각. 이탈 각이 작을수록 찻주전자 효과가 커진다. 이 어떻게 달라지는지 실험을 통하여 알아보았다. <그림 1>과 같이 주둥이에서 이탈하는 액체가 연직선 연직선(鉛直線): 중력의 방향을 나타내는 선. 수직 방향의 기준선. *과 이루는 각을 이탈 각이라고 하는데 이탈 각이 작을수록 찻주전자 효과가 커진다. 유속이 충분히 클 때에는 이탈 각이 90° 가까이 유지되지만 유속이 줄어들면서 이탈 각이 감소한다. 뒤에즈 연구 팀의 실험에서 주둥이의 젖음성이 클수록 같은 유속에서 액체의 이탈 각은 작아졌다. 주둥이 가장자리의 곡률은 주둥이 가장자리의 곡률 반경 곡률 반경(曲率半徑, radius of curvature): 곡면의 휘어진 정도를 나타내는 원의 반지름. 곡률 반경이 작을수록 곡면이 더 날카롭게 휘어져 있다. r에 반비례한다. 곡률 반경이 큰 주둥이 가장자리는 두툼하고 둥글지만, 곡률 반경이 작은 주둥이 가장자리는 얇고 날카롭다. 액체가 일정한 속력 값보다 느리게 흐를 때에는 액체가 주둥이의 가장자리에서 휘어진 곡면 평면이 아니라 굽어진 면. 구(球)나 원통의 표면처럼 휘어진 면을 가리킨다. 을 따라 벽을 타고 흐르지만, 액체가 일정한 속력 값보다 빠르게 움직이면 주둥이의 가장자리에서 이탈한다. 이는 액체가 주둥이에서 주둥이 아래쪽 가장자리의 곡면을 타고 이동할 경우에 액체를 주둥이 가장자리에서 이탈하게 하려는 원심력 원심력(遠心力, centrifugal force): 회전 운동하는 물체가 바깥쪽으로 밀려나려는 힘. 유속이 빠를수록, 곡률 반경이 작을수록 크게 작용한다. 이 유속이 빠를수록, 그리고 주둥이 가장자리의 곡률 반경이 작을수록 더 크게 작용하기 때문이다. 액체의 점성은 액체의 끈끈한 정도를 의미하는데 점성이 클수록 액체는 잘 흐르지 않는다. 뒤에즈 연구팀의 실험에서 액체의 유속과 주둥이의 젖음성을 같게 한 두 대상에 대하여 액체의 점성을 다르게 했을 때 이탈 각의 유의미한 차이는 발생하지 않았다. 3 이러한 연구 결과 실험이나 조사를 통해 얻어 낸 사실이나 결론. 를 토대 어떤 일이나 주장의 바탕이 되는 근거. 로 찻주전자 효과를 막는 방법을 모색할 수 있다. 주전자나 병의 주둥이에서 일정한 값 이상으로 액체의 속력을 유지해 주면 찻주전자 효과는 나타나지 않는다. 주둥이 가장자리의 곡률 반경을 감소시키는 것도 해결책 문제를 풀거나 어려움을 없앨 수 있는 방법. 이 된다. 이런 목적으로 와인병의 끝에 꽂는 와인 따르개는 주둥이 가장자리의 곡률 반경이 작아서 액체의 속력이 느려도 드리블링이 잘 일어나지 않는다. 더 효과적인 방법은 물에 대한 젖음성이 매우 작은 초소수성 초소수성(超疏水性, superhydrophobic): 물에 대한 젖음성이 극도로 작은 성질. 물의 접촉각이 150° 이상인 고체 물질의 특성. 재료로 주둥이 끝을 코팅 물체의 표면을 특정 물질로 얇게 덮어 씌우는 것. 하는 것이다. 이렇게 하면 액체의 속력이 느려져 액체가 주둥이 끝에서 방울방울 작은 액체 덩어리가 하나하나 떨어지는 모양. 떨어질 때에도 주둥이 바깥 면을 타고 액체가 흘러내리지 않는다. *연직선: 중력의 방향을 나타내는 선 (나) 1 물방울을 매끈하고 마른 금속 면 위에 떨어뜨리면 물방울이 둥근 형체 물체의 생김새나 모양. 를 유지하지만 유리 면 위에 떨어뜨리면 넓게 퍼진다. 이렇게 고체 표면에서 액체가 잘 퍼지는 정도를 젖음성이라고 한다. 젖음성은 일찍이 예전부터, 이전에 이미. 토머스 영 토머스 영(Thomas Young, 1773~1829): 영국의 물리학자. 젖음성과 접촉각의 관계를 처음으로 연구하였다. 에 의해 연구되었는데 그는 기체 중에서 고체 표면에 액체 방울이 떨어졌을 때 고체, 액체, 기체가 동시에 만나는 지점에서 고체-액체 간 경계면 서로 다른 물질이 만나는 면. 고체와 액체, 액체와 기체가 접하는 면을 말한다. 과 액체-기체 간 경계면이 이루는 각인 ① 접촉각 접촉각(接觸角, contact angle): 고체-액체 간 경계면과 액체-기체 간 경계면이 이루는 각. 접촉각이 작을수록 젖음성이 크다. 이 작을수록 고체의 액체에 대한 젖음성이 크다고 말했다. 실례 실제의 사례. 어떤 이론이나 설명을 뒷받침하는 구체적 예를 뜻한다. 로 기체 속에서 적은 양의 액체 한 방울을 고체 면에 떨어뜨렸을 때 <그림 2>처럼 액체가 고체와 접촉하는 면이 반지름 R인 원을 이룬다고 해보자. 접촉각 θ가 10°이면 액체가 고체 표면에서 납작하게 퍼져 있는 상태이지만, 접촉각이 150°이면 액체가 반지름이 R보다 큰 구의 아래 일부가 잘린 채 둥그런 모양을 이루며 고체 표면에 달라붙은 상태이다. 전자는 고체 면이 젖음성이 큰 상태, 후자는 젖음성이 작은 상태라고 말할 수 있다. 2 동일한 액체라도 어떤 고체 면에 떨어지느냐에 따라 접촉각이 달라지는 것에 주목하던 영은 표면 에너지 표면 에너지(surface energy): 성격을 달리하는 물질의 경계에서 경계면의 면적을 결정짓는 에너지. 경계면의 면적을 줄이려는 경향을 수치화한 것. 의 차이에서 접촉각이 달라진다는 결론에 도달하였다. 표면 에너지는 성격을 달리하는 물질의 경계에서 경계면의 면적을 결정짓는 에너지로 고체-액체 간 표면 에너지, 고체-기체 간 표면 에너지, 액체-기체 간 표면 에너지로 구분할 수 있다. 일반적으로 같은 부피의 물질은 가능하면 표면의 면적을 줄이려는 성질을 갖는다. 표면 에너지는 경계에서 경계면의 면적을 가능하면 줄이려고 하는 경향을 수치화한 것이다. 표면 에너지는 물리적으로 단위 면적 크기를 재는 기준이 되는 면적. 보통 1제곱미터(m²)를 기준으로 삼는다. 당 에너지를 의미해서 그 단위는 제곱미터당 줄(J/m²)을 쓴다. 표면 에너지가 1 J/m²이라는 것은 경계면의 면적을 1제곱미터를 늘리는 데 1J의 에너지가 요구된다는 뜻이다. 3 <그림 2>처럼 고체 면에 부착된 액체 방울과 관련해서 액체-기체 간 경계면 a(액체 방울의 둥근 윗면), 고체-액체 간 경계면 b(액체 방울 밑바닥의 원형 접촉면), 고체-기체 간 경계면 c(액체 방울을 둘러싸고 있는 기체와 접촉하는 고체 면)를 볼 수 있다. 액체 방울이 충분히 작아서 중력에 의한 효과를 무시한 상태에서, 이때 고체-액체 간 표면 에너지가 고체-기체 간 표면 에너지와 같으면, 접촉각은 90°가 되어 액체 방울이 고체 면 위에서 반구형 구(球)를 반으로 자른 모양. 반쪽 공 모양이다. 을 이룬다. 고체-액체 간 표면 에너지가 고체-기체 간 표면 에너지보다 작아지면, 고체-액체 간 경계면의 면적이 늘고 고체-기체 간 경계면의 면적이 줄기 때문에 액체 방울이 고체 면 위에 퍼지면서 접촉각이 90°보다 작아져 0°에 더 가까워진다. 반대로 고체-액체 간 표면 에너지가 고체-기체 간 표면 에너지보다 커지면, 고체-액체 간 경계면의 면적이 줄고 고체-기체 간 경계면의 면적이 늘어나기 때문에 액체 방울이 고체 면 위에서 뭉치면서 동그래져 접촉각이 90°보다 커져 180°에 더 가까워진다. [A] 4 어떤 고체 물질에 대한 물의 접촉각이 0°에서 90° 사이이면 그 물질을 친수성 물질이라고 하고, 물의 접촉각이 90°에서 180° 사이이면 그 물질을 소수성 물질이라고 한다. 그중에서 물의 접촉각이 150° 이상인 고체 물질을 초소수성 물질이라고 한다. 표면이 특수하게 가공된 테플론 테플론(Teflon): 불소 수지 계열의 합성 물질. 표면이 특수 가공되면 초소수성을 나타내어 물의 접촉각이 150° 이상이 된다. 에 대한 물의 접촉각은 150° 이상이라 그 면에는 물을 머금은 식재료가 잘 달라붙지 않는다. 반면에 은에 대한 물의 접촉각은 약 90°이고, 잘 세정된 유리에 대한 물의 접촉각은 10° 이하이다. 배경지식 ▼ 찻주전자 효과의 일상적 사례 찻주전자 효과는 주전자뿐 아니라 생수병, 와인병, 간장병 등 액체를 따르는 거의 모든 용기에서 관찰된다. 특히 유속이 낮아지는 따르기 끝 부분에서 두드러진다. 와인 따르개(wine pourer)는 주둥이 끝의 곡률 반경을 극도로 줄여 이 현상을 방지하는 도구이다. 표면 에너지와 일상생활 연잎 위의 물방울이 둥글게 맺히는 것(연잎 효과)은 연잎 표면이 초소수성이기 때문이다. 자동차 발수 코팅, 방수 의류, 프라이팬의 불소 코팅 등도 모두 표면 에너지와 젖음성의 원리를 활용한 것이다. 반대로 세제는 표면 에너지를 변화시켜 물의 젖음성을 높이는 방식으로 작용한다. ✎ 구조 분석 지문 유형 유형 설명형 — (가)는 찻주전자 효과의 원인과 해결 방법을, (나)는 젖음성과 접촉각 및 표면 에너지의 관계를 체계적으로 설명한다. 두 지문이 ‘젖음성’이라는 공통 개념으로 연결되는 주제 통합형 구성이다. 문단별 중심 내용 (가) 찻주전자 효과의 원리 문단 핵심 내용 문단 역할 ① 찻주전자 효과(드리블링)의 의미: 유속이 줄면 액체가 주둥이 바깥 면을 타고 흐르는 현상 화제 도입 ② 뒤에즈 연구 팀의 실험: 이탈 각을 결정짓는 요인(젖음성, 곡률 반경, 유속)과 점성의 무관성 원인 분석 ③ 찻주전자 효과를 막는 방법: 속력 유지, 곡률 반경 감소, 초소수성 코팅 해결 방안 (나) 젖음성과 표면 에너지 문단 핵심 내용 문단 역할 ① 젖음성과 접촉각의 관계: 접촉각이 작을수록 젖음성이 크다 개념 도입 ② 표면 에너지의 의미: 경계면의 면적을 줄이려는 경향의 수치화 원리 설명 ③ 표면 에너지와 접촉각의 관계: 고체-액체 간 vs 고체-기체 간 표면 에너지의 상대적 크기 핵심 원리 ④ 친수성/소수성/초소수성의 구분(접촉각 기준) 분류 정리 논리 흐름도 (가) 찻주전자 효과 (가)① 현상 소개 → 유속 감소 → 드리블링 발생 ↓ (가)② 원인 실험 → 이탈 각 ← 젖음성, 곡률 반경, 유속 (점성 무관) ↓ (가)③ 해결 방안 → 속력 유지 / 곡률 반경 감소 / 초소수성 코팅 (나) 젖음성과 표면 에너지 (나)① 접촉각 → 접촉각 작을수록 젖음성 크다 ↓ (나)② 표면 에너지 → 경계면 면적을 줄이려는 경향 ↓ (나)③ 에너지→접촉각 → 고-액 > 고-기 → 접촉각↑ / 고-액 < 고-기 → 접촉각↓ ↓ (나)④ 분류 → 친수성(0~90°) / 소수성(90~180°) / 초소수성(150°+) 핵심 개념 정리 (통합교과 지식) 이탈 각과 찻주전자 효과 이탈 각은 주둥이에서 이탈하는 액체가 연직선과 이루는 각이다. 이탈 각이 90°에 가까우면 액체가 깔끔하게 앞으로 나가고, 이탈 각이 0°에 가까우면 액체가 주둥이 벽을 타고 흘러내린다(찻주전자 효과). 이탈 각을 결정짓는 요인은 유속, 젖음성, 곡률 반경이며 점성은 무관하다. 접촉각과 젖음성 접촉각은 고체-액체 간 경계면과 액체-기체 간 경계면이 이루는 각이다. 접촉각이 작을수록 액체가 고체 표면에 넓게 퍼져 젖음성이 크고, 접촉각이 클수록 액체가 둥글게 뭉쳐 젖음성이 작다. 접촉각의 크기는 고체-액체 간 표면 에너지와 고체-기체 간 표면 에너지의 상대적 크기에 의해 결정된다. 표면 에너지의 원리 표면 에너지는 경계면의 면적을 줄이려는 경향을 수치화한 것이다. 표면 에너지가 큰 경계면은 면적이 줄어들려 하고, 상대적으로 표면 에너지가 작은 이웃 경계면은 면적이 늘어난다. 이 원리가 접촉각, 나아가 젖음성을 결정짓는 메커니즘이다. 친수성 / 소수성 / 초소수성 물에 대한 접촉각이 0~90°이면 친수성, 90~180°이면 소수성, 150° 이상이면 초소수성이다. 잘 세정된 유리(접촉각 10° 이하)는 친수성, 은(약 90°)은 경계, 특수 가공 테플론(150° 이상)은 초소수성이다. (가)·(나) 연결 구조 구분 (가) 찻주전자 효과 (나) 젖음성과 표면 에너지 핵심 주제 찻주전자 효과의 원인과 해결 접촉각과 표면 에너지의 관계 공통 개념 젖음성, 친수성, 소수성, 초소수성 연결 포인트 (가)에서 ‘초소수성 재료는 왜 젖음성이 작은가?’라는 의문 발생 (나)에서 표면 에너지 원리로 답변 가능 🔍 수능 출제 시선 분석 ① 찻주전자 효과(드리블링)의 결정 요인과 독립 변인 액체의 유속, 주둥이의 젖음성, 주둥이 가장자리의 곡률 반경 등 여러 변수가 이탈각 및 찻주전자 효과에 미치는 영향을 묻는 내용 일치/불일치 및 비례·반비례 관계 추론 문제로 출제됩니다. 특히 '유속이 느릴수록, 젖음성이 클수록, 곡률 반경이 클수록' 찻주전자 효과가 커지며, 점성과 중력은 유의미한 영향을 주지 않는다는 사실이 자주 함정으로 활용됩니다. ② 표면 에너지 역학에 따른 물방울 접촉각의 변화 <보기>를 통해 고체-액체, 고체-기체 간 표면 에너지 조건을 제시하고 액체 방울의 형태(접촉각)와 젖음성(친수성/소수성)을 추론하는 고난도 보기 적용 문제로 출제됩니다. 고체-액체 간 표면 에너지가 고체-기체 간 표면 에너지보다 작으면 접촉각이 90° 미만(친수성), 크면 90° 초과(소수성)가 됩니다. ③ 찻주전자 효과 방지 기술(원심력과 초소수성)의 일상 적용 와인 따르개(푸어러)나 테플론 코팅 등 실생활 사례를 제시하고 물리적 원리를 대입해 해결 메커니즘을 분석하는 문제로 출제됩니다. '주둥이가 뾰족하다 = 곡률 반경이 작다 = 원심력이 크다'는 반비례 개념과, 테플론의 초소수성(접촉각 150° 이상)이 부착력을 약화시키는 원리를 이해해야 합니다. 📚 주요 용어 사전 용어 뜻 찻주전자 효과(드리블링) 병이나 주전자의 액체를 따를 때 쏟는 속력이 줄어들면 액체가 주둥이 끝에서 이탈하지 않고 바깥 면을 타고 흘러내리는 현상. 이탈각 주둥이에서 액체가 이탈하여 떨어질 때 액체의 흐름이 연직선(중력 방향)과 이루는 각도. 이 각이 작을수록 찻주전자 효과가 커짐. 젖음성 고체 표면에서 액체가 얇게 잘 퍼지는 정도. 젖음성이 클수록 부착력이 커져 접촉각이 작아짐. 곡률 반경 휘어진 부분을 원의 일부로 간주했을 때 그 원의 반지름. 곡률에 반비례하며, 주둥이가 뾰족할수록 곡률 반경이 작음. 원심력 주둥이 곡면을 타고 이동하는 액체에 작용하여 액체를 바깥으로 튕겨나가게 하려는 힘. 유속이 빠를수록, 곡률 반경이 작을수록 크게 작용함. 점성 유체의 차지고 끈끈한 성질. 액체가 흐르는 데 저항을 주지만 찻주전자 효과(이탈각 변화)에는 유의미한 영향을 주지 않음. 표면 에너지 성격을 달리하는 물질의 경계에서 경계면의 면적을 가능하면 줄이려고 하는 경향을 수치화한 물리량. 접촉각 기체 중의 고체 표면에 액체 방울이 떨어졌을 때 고체-액체 간 경계면과 액체-기체 간 경계면이 이루는 각도. 친수성 물과 친화성이 있어 물이 표면에서 잘 퍼지는 성질. 물의 접촉각이 0°에서 90° 사이인 경우. 소수성 물과의 친화력이 적어 물방울이 표면에서 퍼지지 않고 둥글게 뭉치려는 성질. 물의 접촉각이 90°에서 180° 사이. 초소수성 물에 대한 접촉각이 150° 이상으로 물과의 젖음성이 극히 작은 성질. 테플론 코팅 등이 이에 해당. 코안다 효과 유체가 곡면을 따라 흐를 때 유체 위아래의 압력 차이가 발생하여 액체가 고체 표면 쪽에 밀착해 흐르려는 현상. ✍ 에세이 포인트 ① 찻주전자 효과의 역학적 원리와 일상 속 물리적 통제 방안 논증 찻주전자 효과를 일으키는 세 가지 주요 변수(유속, 젖음성, 곡률 반경)가 어떻게 이탈각을 감소시키는지 물리적으로 설명하는 주제입니다. 와인 푸어러가 '곡률 반경을 최소화하여 원심력을 높이는 원리'로, 테플론이 '초소수성 특성을 통해 젖음성을 억제하는 원리'로 작용하는 것을 과학적 근거로 제시하여 현상 제어의 타당성을 논증할 수 있습니다. ② 표면 에너지의 역학적 불균형과 물질의 접촉각 변화 원리 표면 에너지가 본질적으로 '면적을 최소화하려는 경향'이라는 관점에서 접근하여 액체의 형태 변화를 열역학적으로 분석하는 주제입니다. 고체-액체 표면 에너지와 고체-기체 표면 에너지의 역학적 줄다리기가 어떻게 접촉각을 친수성 또는 소수성으로 결정짓는지 그 인과관계를 구체적으로 서술할 수 있습니다. 문제풀기 맞힌 문제 0 / 20 기본 확인 (1~10) 1. 액체의 유속이 낮아질 때 액체가 주둥이 끝에서 이탈하지 않고 용기의 바깥 면을 타고 흘러내리는 현상을 찻주전자 효과(드리블링)라고 한다. 기본 O X 2. 뒤에즈 연구 팀의 실험 결과, 액체의 점성이 클수록 잘 흐르지 않기 때문에 찻주전자 효과가 크게 나타남을 밝혔다. 기본 O X 3. 주둥이에서 액체가 이탈할 때 연직선과 이루는 각도인 이탈각이 작아질수록 찻주전자 효과는 커진다. 기본 O X 4. 유속이 충분히 클 때 이탈각은 90° 가까이 유지되지만, 유속이 줄어들면 이탈각도 감소한다. 기본 O X 5. 주둥이의 젖음성이 클수록 액체가 잘 퍼져 부착력이 커지므로, 같은 유속에서 액체의 이탈각은 커진다. 기본 O X 6. 주둥이 가장자리의 곡률 반경이 작은 주둥이는 두툼하고 둥글기보다 얇고 날카로운 형태를 띤다. 기본 O X 7. 고체 표면에서 액체가 잘 퍼지는 정도인 젖음성이 클수록, 액체가 이루는 접촉각은 작아진다. 기본 O X 8. 어떤 고체 물질에 대한 물의 접촉각이 0°에서 90° 사이이면 친수성 물질이라고 한다. 기본 O X 9. 표면 에너지는 물질의 경계에서 경계면의 면적을 가능하면 줄이려고 하는 경향을 수치화한 것으로, 단위는 제곱미터당 줄(J/m²)을 사용한다. 기본 O X 10. 표면이 특수하게 가공된 테플론에 대한 물의 접촉각은 150° 이상이므로, 초소수성 물질에 해당한다. 기본 O X 적용 확인 (11~17) 11. 주둥이 가장자리의 곡률 반경이 작을수록 액체가 이동할 때 원심력이 더 크게 작용하여 주둥이 가장자리에서 쉽게 이탈한다. 심화 O X 12. 고체-액체 간 표면 에너지가 고체-기체 간 표면 에너지보다 커지면, 액체 방울의 접촉각은 90°보다 작아져 0°에 가까워진다. 심화 O X 13. 와인병의 끝에 꽂는 와인 따르개는 주둥이 가장자리의 곡률 반경을 크게 만들어 액체의 속력이 느려도 드리블링이 일어나지 않게 방지한다. 심화 O X 14. 잘 세정된 유리에 대한 물의 접촉각은 10° 이하이고 은에 대한 물의 접촉각은 약 90°이므로, 유리는 은보다 물에 대한 젖음성이 작다. 심화 O X 15. 접촉각이 150°인 고체 표면에 액체 방울을 떨어뜨렸을 때, 액체는 고체 표면에서 납작하게 퍼져 있는 상태를 유지한다. 심화 O X 16. 액체 방울이 고체 면 위에서 반구형을 이루는 것은 고체-액체 간 표면 에너지와 고체-기체 간 표면 에너지가 같기 때문이다. 심화 O X 17. 찻주전자 효과를 효과적으로 막으려면 주둥이 끝을 친수성 재료로 코팅하여 액체의 이탈각을 키우는 방법이 있다. 심화 O X 함정 확인 (18~20) 18. 뒤에즈 연구 팀은 유속, 젖음성, 곡률, 점성 네 가지 요인을 실험하였고, 이 네 가지 모두가 찻주전자 효과에 유의미한 영향을 준다는 결론을 내렸다. 함정 O X 19. 주둥이 가장자리의 곡률이 클수록 곡률 반경도 커지기 때문에, 두툼하고 둥근 형태의 주둥이일수록 원심력이 커져 찻주전자 효과를 줄이는 데 유리하다. 함정 O X 20. 동일한 액체를 서로 다른 고체 표면에 떨어뜨렸을 때, 액체-기체 간 표면 에너지도 고체의 종류에 따라 달라지며, 이로 인해 접촉각의 차이가 발생한다. 함정 O X ★ 연계 포인트 수능 출제 핵심 포인트 Point 1. 이탈 각 결정 요인의 정확한 구분 이탈 각에 영향을 미치는 요인(유속, 젖음성, 곡률 반경)과 무관한 요인(점성)을 정확히 구분해야 한다. 특히 곡률 반경이 작을수록 원심력이 커서 이탈 각이 크게 유지된다는 점을 혼동하지 않도록 주의. Point 2. 표면 에너지 → 접촉각 → 젖음성의 인과 관계 고-액 표면 에너지와 고-기 표면 에너지의 상대적 크기가 접촉각을 결정하고, 접촉각이 젖음성을 결정한다는 인과 사슬을 정확히 이해해야 한다. 방향을 뒤집어 놓는 함정 선지에 주의. Point 3. (가)·(나) 연결 문제 대비 주제 통합형 지문에서는 (가)에서 언급된 초소수성 재료의 젖음성이 작은 이유를 (나)의 표면 에너지 원리로 설명할 수 있어야 한다. Point 4. 친수성/소수성/초소수성 경계값 접촉각 0~90°(친수성), 90~180°(소수성), 150° 이상(초소수성)의 경계값을 정확히 기억. 145°와 150°를 혼동하게 하는 함정에 주의. Point 5. 해결책과 원리의 대응 관계 유속 유지, 곡률 반경 감소, 초소수성 코팅이라는 해결책이 각각 어떤 물리·화학 원리에 대응하는지 연결해야 한다. 해결책만 암기하고 근거를 놓치면 적용형 문제에 약해진다. 기출 매칭 📚 과학 지문의 ‘그래프 해석’ 유형 문제 4번처럼 지문의 원리를 그래프에 적용하는 유형은 수능 과학 지문의 단골 출제 패턴. 변수 간 비례/반비례 관계를 정확히 파악하는 연습이 필요. 📚 주제 통합형 지문 전략 두 지문이 공통 개념(젖음성)으로 연결되는 구조. (가)에서 해결 안 되는 의문을 (나)에서 찾는 문제가 핵심. 각 지문의 설명 범위를 정확히 파악하는 것이 중요. 📚 ‘숨겨진 전제’ 추론 유형 문제 5번처럼 [A] 구간의 논의에 깔린 전제를 묻는 문제는 수능 고난도 문항의 전형. 명시적 서술을 넘어 논리적 전제를 추론하는 능력이 필요. 📚 표면 장력·접촉각 관련 과학 지문 액체 방울의 형태와 접촉각을 다루는 과학 지문과 직접 연계된다. 표면 에너지의 상대적 크기와 젖음성의 관계를 정리해 두면 응용이 쉽다. 📚 실생활 과학 기술 적용 문제 와인 따르개, 발수 코팅, 테플론 같은 실생활 사례를 제시하고 원리를 연결하는 문제가 출제되기 쉽다. 곡률 반경과 초소수성의 역할을 구분해야 한다. 📚 융합형 과학 지문 독해 전략 물리 개념인 원심력·이탈 각과 화학 개념인 접촉각·표면 에너지가 결합된 지문이다. 각 지문이 맡는 설명 범위를 나눠 읽는 훈련이 중요하다.

학습 OX 문항 20문항 · 정답과 해설

Q1. 액체의 유속이 낮아질 때 액체가 주둥이 끝에서 이탈하지 않고 용기의 바깥 면을 타고 흘러내리는 현상을 찻주전자 효과(드리블링)라고 한다. 기본
정답: O — 정답! 병이나 주전자의 액체를 따를 때 유속이 줄어들면 액체가 바깥 면을 타고 흘러내리는 찻주전자 효과(드리블링)가 발생한다.
반대 선택 시: 오답. 찻주전자 효과란 유속이 낮아질 때 액체가 주둥이 끝에서 이탈하지 않고 바깥 면을 타고 흘러내리는 현상이다.
Q2. 뒤에즈 연구 팀의 실험 결과, 액체의 점성이 클수록 잘 흐르지 않기 때문에 찻주전자 효과가 크게 나타남을 밝혔다. 기본
정답: X — 정답! 뒤에즈 연구 팀은 액체의 점성을 다르게 했을 때 이탈각의 유의미한 차이가 발생하지 않아 찻주전자 효과는 점성과 무관하다는 것을 밝혔다.
반대 선택 시: 오답. 찻주전자 효과는 점성과 무관하다. 뒤에즈 연구팀이 이를 실험으로 밝혔다.
Q3. 주둥이에서 액체가 이탈할 때 연직선과 이루는 각도인 이탈각이 작아질수록 찻주전자 효과는 커진다. 기본
정답: O — 정답! 이탈각이 작을수록 액체가 주둥이 바깥 면을 타고 흐르는 경향이 강해지므로 찻주전자 효과가 커진다.
반대 선택 시: 오답. 이탈각이 작을수록 찻주전자 효과가 더 크게 나타난다.
Q4. 유속이 충분히 클 때 이탈각은 90° 가까이 유지되지만, 유속이 줄어들면 이탈각도 감소한다. 기본
정답: O — 정답! 유속이 충분히 클 때 이탈각이 90° 가까이 유지되지만 유속이 줄어들면서 이탈각이 감소하여 찻주전자 효과가 발생하기 쉬워진다.
반대 선택 시: 오답. 유속이 줄어들면 이탈각도 함께 감소한다.
Q5. 주둥이의 젖음성이 클수록 액체가 잘 퍼져 부착력이 커지므로, 같은 유속에서 액체의 이탈각은 커진다. 기본
정답: X — 정답! 주둥이의 젖음성이 클수록 액체와 고체 표면의 부착력이 커져 액체가 잘 달라붙으므로, 이탈각은 오히려 작아진다.
반대 선택 시: 오답. 젖음성이 클수록 이탈각은 작아진다. 부착력이 커져 액체가 더 잘 달라붙기 때문이다.
Q6. 주둥이 가장자리의 곡률 반경이 작은 주둥이는 두툼하고 둥글기보다 얇고 날카로운 형태를 띤다. 기본
정답: O — 정답! 곡률 반경이 큰 가장자리는 두툼하고 둥글지만, 곡률 반경이 작은 가장자리는 얇고 날카로운 형태를 가진다.
반대 선택 시: 오답. 곡률 반경이 작을수록 얇고 날카롭고, 클수록 두툼하고 둥글다.
Q7. 고체 표면에서 액체가 잘 퍼지는 정도인 젖음성이 클수록, 액체가 이루는 접촉각은 작아진다. 기본
정답: O — 정답! 접촉각이 작을수록 액체가 납작하게 퍼지며 젖음성이 크다고 할 수 있다. 즉 젖음성이 클수록 접촉각은 작아진다.
반대 선택 시: 오답. 젖음성과 접촉각은 반비례 관계다. 젖음성이 클수록 접촉각은 작아진다.
Q8. 어떤 고체 물질에 대한 물의 접촉각이 0°에서 90° 사이이면 친수성 물질이라고 한다. 기본
정답: O — 정답! 물에 대한 접촉각이 0~90° 사이이면 물과 친화성이 있는 친수성 물질로 분류된다.
반대 선택 시: 오답. 접촉각 0~90° 범위가 친수성 물질이다.
Q9. 표면 에너지는 물질의 경계에서 경계면의 면적을 가능하면 줄이려고 하는 경향을 수치화한 것으로, 단위는 제곱미터당 줄(J/m²)을 사용한다. 기본
정답: O — 정답! 표면 에너지는 물질 경계에서 면적을 줄이려는 경향을 수치화한 것으로 단위는 J/m²이다.
반대 선택 시: 오답. 표면 에너지는 경계면의 면적을 줄이려는 경향을 수치화한 것이며 단위는 J/m²이다.
Q10. 표면이 특수하게 가공된 테플론에 대한 물의 접촉각은 150° 이상이므로, 초소수성 물질에 해당한다. 기본
정답: O — 정답! 접촉각이 150° 이상인 고체 물질을 초소수성 물질이라고 하며, 테플론은 접촉각이 150° 이상이라 식재료가 잘 달라붙지 않는다.
반대 선택 시: 오답. 테플론의 접촉각은 150° 이상이므로 초소수성 물질에 해당한다.
Q11. 주둥이 가장자리의 곡률 반경이 작을수록 액체가 이동할 때 원심력이 더 크게 작용하여 주둥이 가장자리에서 쉽게 이탈한다. 심화
정답: O — 정답! 곡률 반경이 작을수록 곡면을 타고 이동하는 액체에 원심력이 더 크게 작용하므로, 액체가 바깥 면을 타고 흐르지 않고 쉽게 이탈하게 된다.
반대 선택 시: 오답. 곡률 반경이 작을수록 원심력이 더 크게 작용하여 액체가 주둥이에서 쉽게 이탈한다.
Q12. 고체-액체 간 표면 에너지가 고체-기체 간 표면 에너지보다 커지면, 액체 방울의 접촉각은 90°보다 작아져 0°에 가까워진다. 심화
정답: X — 정답! 고체-액체 간 표면 에너지가 고체-기체 간 표면 에너지보다 '커지면' 고체-액체 간 경계면의 면적이 줄어들어 액체가 동그래지며, 접촉각은 90°보다 커져 180°에 가까워진다.
반대 선택 시: 오답. 고체-액체 SE가 고체-기체 SE보다 커지면 접촉각이 90°보다 커진다(180°에 가까워진다). 작아지는 것은 반대의 경우다.
Q13. 와인병의 끝에 꽂는 와인 따르개는 주둥이 가장자리의 곡률 반경을 크게 만들어 액체의 속력이 느려도 드리블링이 일어나지 않게 방지한다. 심화
정답: X — 정답! 와인 따르개는 주둥이 가장자리의 곡률 반경을 작게(날카롭게) 감소시켜 드리블링을 막아주는 도구이다.
반대 선택 시: 오답. 와인 따르개는 곡률 반경을 작게 만든다. 크게 만드는 것이 아니다.
Q14. 잘 세정된 유리에 대한 물의 접촉각은 10° 이하이고 은에 대한 물의 접촉각은 약 90°이므로, 유리는 은보다 물에 대한 젖음성이 작다. 심화
정답: X — 정답! 접촉각이 작을수록 젖음성이 크다. 유리(접촉각 10° 이하)가 은(접촉각 약 90°)보다 접촉각이 훨씬 작으므로 유리가 은보다 물에 대한 젖음성이 더 크다.
반대 선택 시: 오답. 접촉각이 작을수록 젖음성이 크다. 유리의 접촉각이 10° 이하로 더 작으므로 유리가 은보다 젖음성이 더 크다.
Q15. 접촉각이 150°인 고체 표면에 액체 방울을 떨어뜨렸을 때, 액체는 고체 표면에서 납작하게 퍼져 있는 상태를 유지한다. 심화
정답: X — 정답! 접촉각이 150°는 초소수성 상태이므로 액체가 납작하게 퍼지는 것이 아니라, 구의 일부가 잘린 채 둥그런 모양으로 뭉쳐 있게 된다.
반대 선택 시: 오답. 접촉각이 150°이면 젖음성이 작은 초소수성 상태이므로 액체가 납작하게 퍼지지 않고 둥그런 모양이 된다.
Q16. 액체 방울이 고체 면 위에서 반구형을 이루는 것은 고체-액체 간 표면 에너지와 고체-기체 간 표면 에너지가 같기 때문이다. 심화
정답: O — 정답! 고체-액체 간 표면 에너지와 고체-기체 간 표면 에너지가 같으면 접촉각이 90°가 되어 액체 방울이 고체 면 위에서 반구형을 이룬다.
반대 선택 시: 오답. 두 표면 에너지가 같으면 접촉각 90° → 반구형이 형성된다.
Q17. 찻주전자 효과를 효과적으로 막으려면 주둥이 끝을 친수성 재료로 코팅하여 액체의 이탈각을 키우는 방법이 있다. 심화
정답: X — 정답! 찻주전자 효과를 효과적으로 막으려면 물에 대한 젖음성이 매우 작은 초소수성 재료로 주둥이 끝을 코팅해야 한다. 친수성 코팅은 오히려 젖음성을 높여 효과를 악화시킨다.
반대 선택 시: 오답. 찻주전자 효과를 막으려면 초소수성 코팅을 해야 한다. 친수성 코팅은 반대 효과를 낸다.
Q18. 뒤에즈 연구 팀은 유속, 젖음성, 곡률, 점성 네 가지 요인을 실험하였고, 이 네 가지 모두가 찻주전자 효과에 유의미한 영향을 준다는 결론을 내렸다. 함정
정답: X — 정답! 뒤에즈 연구 팀이 네 가지 요인을 실험한 것은 맞으나, 그 중 액체의 점성은 이탈각에 유의미한 차이를 발생시키지 않아 찻주전자 효과와 무관하다는 결론을 내렸다.
반대 선택 시: 오답. 점성은 이탈각에 유의미한 영향을 주지 않는다. 점성은 찻주전자 효과와 무관하다.
Q19. 주둥이 가장자리의 곡률이 클수록 곡률 반경도 커지기 때문에, 두툼하고 둥근 형태의 주둥이일수록 원심력이 커져 찻주전자 효과를 줄이는 데 유리하다. 함정
정답: X — 정답! 곡률과 곡률 반경은 반비례 관계이므로 곡률이 클수록 곡률 반경은 작다. 또한 찻주전자 효과를 줄이려면 원심력을 키워야 하므로 곡률 반경이 작아야(날카로워야) 유리하다.
반대 선택 시: 오답. 곡률과 곡률 반경은 반비례다. 두툼하고 둥글수록(곡률 반경 큰) 원심력이 작아 효과를 줄이기 불리하다.
Q20. 동일한 액체를 서로 다른 고체 표면에 떨어뜨렸을 때, 액체-기체 간 표면 에너지도 고체의 종류에 따라 달라지며, 이로 인해 접촉각의 차이가 발생한다. 함정
정답: X — 정답! 동일한 액체라면 액체-기체 간 표면 에너지는 일정하게 유지된다. 접촉각이 달라지는 것은 고체의 종류에 따라 고체-액체 간 표면 에너지와 고체-기체 간 표면 에너지가 달라지기 때문이다.
반대 선택 시: 오답. 동일한 액체의 액체-기체 간 표면 에너지는 고체의 종류와 관계없이 일정하다. 접촉각 차이는 고체-액체 및 고체-기체 표면 에너지 차이에서 온다.