해설 보기
정답J·m⁻² — 단위 면적당 에너지로, N·m⁻¹과 동일한 표면장력의 단위입니다.
핵심 개념
표면장력의 단위 — 단위길이당 힘(N·m⁻¹) = 단위면적당 에너지(J·m⁻²)
표면장력은 액체 표면이 스스로 면적을 줄이려는 성질을 나타내는 물성으로, 정의 방식이 두 가지입니다. 첫째는 표면을 따라 단위 길이에 작용하는 힘으로 보는 관점이며 이때 단위는 N·m⁻¹(dyn·cm⁻¹)입니다. 둘째는 표면적을 단위 면적만큼 넓히는 데 필요한 일(표면 자유에너지)로 보는 관점이며 이때 단위는 J·m⁻²입니다. 두 단위는 J·m⁻² = N·m·m⁻² = N·m⁻¹로 완전히 같은 차원(M·T⁻²)이므로 서로 환산 없이 동일합니다. 따라서 보기에서 힘/길이 또는 에너지/면적 형태를 찾아내는 것이 핵심입니다.
선지별 해설
①Pa는 N·m⁻², 즉 단위 면적당 힘으로 압력이나 응력의 단위입니다. 표면장력보다 길이 차원이 하나 더 나눠져 있어 표면장력의 단위가 될 수 없습니다.
②N은 힘 자체의 단위입니다. 표면장력은 힘을 그 힘이 작용하는 선의 길이로 나눈 값이므로 N이 아니라 N·m⁻¹이어야 합니다.
③J·m⁻²는 단위 면적을 새로 만드는 데 드는 에너지로, J·m⁻² = N·m·m⁻² = N·m⁻¹이 되어 표면장력의 단위와 정확히 일치합니다.
④Btu·ft⁻¹은 에너지를 길이로 나눈 값이라 힘의 차원이 됩니다. 표면장력이 되려면 Btu·ft⁻²처럼 에너지를 면적으로 나눈 형태여야 하므로 틀렸습니다.
해설 보기
정답상류측을 대기압보다 낮추고 하류측을 가압한다는 설명으로, 압력차의 방향이 반대라 틀렸습니다.
핵심 개념
여과(filtration) — 여과매체를 통한 고‑액 분리와 추진력
여과는 고체 입자가 섞인 슬러리를 여과매체(filtering medium)에 통과시켜 고체는 매체 위에 케이크로 쌓이게 하고 여액만 빠져나가게 하는 고‑액 분리 조작입니다. 여과가 진행되려면 여과매체 양쪽에 압력차라는 추진력이 있어야 하는데, 그 방법은 상류측(급송물 쪽)을 대기압보다 높게 가압하거나 하류측(여액 쪽)을 진공으로 감압하는 두 가지입니다. 시간이 지나면 케이크 두께가 커지고 매체 기공이 막혀 흐름 저항이 계속 증가하므로, 규조토·셀룰로스 같은 여과조제(filter aid)를 미리 섞거나 프리코트하여 케이크를 다공성으로 만들어 여과속도를 유지합니다.