연잎이 물에 젖지 않는 이유는 물을 밀어낼 뿐만 아니라 아예 물이 묻지도 않은 것 같습니다. 연잎 위의 물방울은 아래로 연잎의 초록색이 비치지 않고 하얀색으로 보이게 됩니다. 연잎의 표면장력은 30 정도 내외라고 여겨지고 있습니다. 따라서 72정도의 물을 가볍게 퉁겨내는 역할을 할 수 있습니다. 전반사 발수가공 원리에 대한 부분 아래 글에서 연잎이 물에 젖지 않는 이유 알아보겠습니다.
연잎이 물에 젖지 않는 이유
물과 연잎의 전반사
연잎은 물을 밀어낼 뿐만 아니라 아예 물이 묻지도 않은 것 같습니다. 연잎 위의 물방울은 아래로 연잎의 초록색이 비치지 않고 하얀색으로 보이게 됩니다. 그 이유는 물과 연잎이 평탄하게 닿아 있지 않아서 전반사가 일어나기 때문입니다. 전반사는 밀한 매질에서 소한 매질로 임계각 이상으로 빛이 진행할 때 빛을 모두 반사시키는 현상입니다.
연잎이 물을 밀어내는 이유
연잎이 물을 밀어내는 이유는 연잎의 기름진 표면이 물보다 더 작은 표면장력을 가지고 있기 때문입니다. 연잎의 표면장력은 30 정도 내외라고 여겨지고 있습니다. 따라서 72정도의 물을 가볍게 퉁겨내는 역할을 할 수 있습니다. 그런데 연잎이 물을 밀어낼 뿐 아니라 물방울이 연잎 위에 살포시 떠 있을 수 있게 하는 것은 어떤 이유일까?
연잎위 형성된 돌기
연잎위에 형성된 극미한 돌기들 때문에 물방울이 연잎위에 살포시 떠 있을 수 있게 되는 것 입니다. 이 돌기들은 약 10마이크로미터 크기 입니다. 물은 표면장력의 차이로 인해서 연잎의 표면에서 물방울을 형성하고 물방울의 입자보다 훨씬 더 작은 그 돌기들 위에 떠 있게 됩니다. 따라서 물방울과 연잎 사이에는 빈 공간이 생기게 됩니다. 전반사가 일어나고 이런 이유 때문에 연잎은 물방울이 아예 묻지도 않는 것 처럼 보이게 되는 것 입니다.
전반사 발수가공 원리
접촉 면적 2~30%
실제로 연잎과 물방울의 접촉 면적은 겨우 2~3% 정도에 불과 합니다. 또한 연잎과 돌기는 물방울이 표면에 그대로 정착할 수 없도록 합니다. 즉 미끄러져 구르게 만들게 됩니다. 움직이지 못하는 평탄한 면 위의 물방울과 달리 연잎은 표면에 묻어 있는 기존의 먼지 등 오염 물질을 구르는 물방울이 포획하여 함께 밖으로 떨어지게 됩니다.
로터스 효과
따라서 자동적으로 오염 물질을 제거하는 역할을 하게 되는 것 입니다. 이것이 로터스 효과 입니다. 로터스 효과는 표면장력과 더불어 컨베이어 벨트의 작용을 하는 접촉 면적의 최소화 입니다. 아무리 표면장력의 효과가 좋다고 해도 오염물질을 제거하는 효능이 없다면 자정효과는 실제적인 효력이 없습니다. 일부 정보에서는 연잎의 돌기가 로터스 효과의 모든 것인 것 처럼 소개하고 있는데 그것은 잘못된 정보 입니다.
표면장력이 적은 알코올
그런데 연잎 위의 물보다 표면장력이 훨씬 더 작은 알코올을 부으면 어떻게 될까? 알코올의 표면장력의 크기는 23이며 만약 연잎의 표면장력이 예상대로 30 정도라면 알코올은 방울을 형성하지 못하고 연잎을 그냥 적시고 말것 입니다.
알코올의 반응
알코올이 전혀 방울지지 못하고 그냥 스며 드는듯 하고 물과는 완전히 다른 상태를 보여주게 됩니다. 만약 적셔진 알코올 위에 물을 부으면 물은 역시 자신보다 표면장력이 훨씬 더 작은 알코올 위를 통과하지 못하고 튕겨져 나가고 말 것 입니다.
표면장력
또한 표면 장력은 온도에 따라서 달라지게 됩니다. 물론 온도가 낮아질수록 표면장력은 커질 것 입니다. 따라서 뜨거운 물은 25도의 물보다 표면장력이 작아져서 면 바지를 훨씬 더 잘 적시게 될 것 입니다.
마무리
연잎위에 형성된 극미한 돌기들 때문에 물방울이 연잎위에 살포시 떠 있을 수 있게 되는 것 입니다. 이 돌기들은 약 10마이크로미터 크기 입니다.
표면 장력은 온도가 낮아질수록 표면장력은 커지며 뜨거운 물은 25도의 물보다 표면장력이 작아져서 면 바지를 훨씬 더 잘 적시게 됩니다.